CN107607939B - 一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，包括信息采集模块和数据中心，信息采集模块包括光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块，所述数据中心包括目标识别模块、坐标解算模块、投影变换模块、影像融合模块以及目标跟踪模块，光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块通过通信网络与数据中心连接。本发明对目标进行识别、跟踪，通过真实地图及实景影像可以实时获得跟踪目标的精准的雷达坐标，并将跟踪目标周围的真实环境可视化，直观的观察到跟踪目标所处的真实环境，并预警相关人员，提醒相关人员实施决策。

Description

一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置

技术领域

本发明涉及目标跟踪雷达领域，特别涉及一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，可以应用于军事、经济、社会等领域，具体的在交通监控、治安防控、水政路政执法、森林资源清查、地质调查等方面具有很好的应用前景。

背景技术

目前，由于科技的不断发展，目标跟踪雷达被广泛应用于军事、经济、社会等诸多领域，以往的跟踪雷达主要功能是对目标坐标及其轨迹进行实时测量，并对目标未来位置做出预测等。但是此方法的缺陷是只能大概的知道目标可能出现的位置，并不能识别目标、跟踪目标，不能知道目标精准的位置信息，更不能知道目标位置周围的真实环境，这对于很多行业来说，在领导实施决策的时候会存在一定的误差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置。可以对目标进行识别、跟踪，通过真实地图及实景影像实时获得跟踪目标的精准的雷达坐标，并将跟踪目标周围的真实环境可视化，直观的观察到跟踪目标所处的真实环境，并预警相关人员，提醒相关人员实施决策。

本发明的技术解决方案：

一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：包括信息采集模块和数据中心，信息采集模块包括光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块，所述数据中心包括目标识别模块、坐标解算模块、投影变换模块、影像融合模块以及目标跟踪模块，光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块通过通信网络与数据中心连接，所述光学感应模块负责输出光学视场影像，所述全方位电机模块负责输出水平角度及垂直角度，所述目标识别模块负责将光学感应模块中输出的光学视场影像识别出来并获得目标视场坐标，所述坐标解算模块负责解算出目标的空间直角坐标、地球时空坐标以及雷达坐标，所述无人机模块负责航拍、建模、还原真实三维地图，所述投影变换模块负责输出正射视角影像以及正射二维地图，所述影像融合模块负责将正射视角影像和正射二维地图融合生成最后的雷达地图，所述目标跟踪模块负责跟踪被识别的目标。

优选的所述通信网络为CDMA、4G、WIFI自组网中的一种或几种，或者为有线通信网络。

优选的所述光学感应模块包括底座、支架以及摄像机，支架设于底座上，摄像机设于支架上，所述全方位电机模块包括横轴舵机组件、竖轴舵机组件以及驱动控制模块，驱动控制模块内设有控制程序，所述横轴舵机组件设于支架内，包括横轴码盘、横轴步进电机、横轴同步带以及横轴同步带轮，横轴码盘通过连杆与横轴同步带轮连接，所述竖轴舵机组件包括竖轴码盘、竖轴步进电机、竖轴同步带以及竖轴同步带轮，竖轴码盘通过连杆与竖轴同步带轮连接，竖轴码盘设于支架内，竖轴步进电机、竖轴同步带以及竖轴同步带轮设于底座内，横轴步进电机和竖轴步进电机在控制程序的作用下作动，从而实现摄像机在水平360度，垂直120度的范围内以一定的速度自动循环运动，横轴码盘和竖轴码盘分别输出水平角度和垂直角度。

优选的所述目标识别模块内预存有目标标准参数，同时包括CNN算法和RNN算法。

优选的所述坐标解算模块包括空间坐标映射算法和空间坐标变换算法，目标视场坐标与全方位电机模块输出的水平角度、垂直角度在空间坐标映射算法的作用下生成目标空间直角坐标，目标空间直角坐标在空间坐标变换算法的作用下生成目标地球时空坐标，目标地球时空坐标在空间坐标变换算法的作用下生成雷达坐标。

优选的所述投影变换模块包括空间数学投影变换算法，光学感应模块输出的光学视场影像、全方位电机模块输出的水平角度和垂直角度在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成一个正射视角影像，无人机模块输出的大量二维序列照片，经过建模形式真实三维地图，真实三维地图在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成正射二维地图。

优选的所述影像融合模块包括视频角度变换算法以及视频三维融合算法，正射视角影像和正射二维地图在视频角度变换算法以及视频三维融合算法的作用下生成真实的雷达地图。

优选的所述目标跟踪模块包括目标跟踪算法。

一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：包括以下工作步骤：

（1）第一步：数据的采集。开始工作后全方位电机模块中的横轴步进电机和竖轴步进电机在控制程序的作用下作动，从而带动摄像机在水平360度，垂直120度范围内以一定速度自动循环运动，实现自动巡检功能，光学感应模块标定水平视场角及垂直视场角、光学视场坐标、光学视场坐标与空间距离关系后，形成实时光学视场影像，并通过通信网络将光学视场影像传输给数据中心，全方位电机模块中的横轴码盘和竖轴码盘精确定位当前的水平角度及垂直角度并通过通信网络将水平角度及垂直角度传输给数据中心，无人机模块经过航拍、建模生成真实的三维地图，无人机模块生成的真实三维地图通过通信网络传输给数据中心。

（2）第二步：雷达坐标的生成。目标识别模块中的CNN算法和RNN算法将光学感应模块输出的光学视场影像与目标识别模块中预存的目标标准参数进行对比，从而进行特定目标的识别和处理，生成目标视场坐标，目标视场坐标与全方位电机模块输出的水平角度、垂直角度在坐标解算模块中空间坐标映射算法的作用下生成目标空间直角坐标，目标空间直角坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成目标地球时空坐标，目标地球时空坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成雷达坐标。

（3）第三步：雷达地图的生成。光学感应模块输出的光学视场影像、全方位电机模块输出的水平角度和垂直角度在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成一个正射视角影像，无人机模块输出的大量二维序列照片经过建模生成真实三维地图，真实三维地图在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成正射二维地图，正射视角影像和正射二维地图在影像融合模块中视频角度变换算法以及视频三维融合算法的作用下生成真实的雷达地图。

（4）第四步：第二步中生成的雷达坐标在第三步生成的雷达地图上显示出来，达到提醒警示的效果，同时目标跟踪模块中的目标跟踪算法控制全方位电机模块作动从而实现对被识别目标的跟踪。

本发明提供了一种即时、简单、高效、精准的基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达，可以对目标进行识别、跟踪，通过真实地图及实景影像可以实时的获得跟踪目标的精准的雷达坐标，同时将跟踪目标周围的真实环境可视化，直观的观察到跟踪目标所处的真实环境，并预警相关人员，提醒相关人员实施决策，可以广泛应用于交通监控、治安防控、水政路政执法、森林资源清查、地质调查等领域。

附图说明

图1是本发明的工作原理框图。

图2是光学感应模块、全方位电机模块左立体图。

图3是光学感应模块、全方位电机模块右立体图。

其中：1底座 2支架 3摄像机 4横轴码盘 5横轴步进电机 6横轴同步带 7横轴同步带轮 8竖轴码盘 9竖轴步进电机 10竖轴同步带 11竖轴同步带轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，包括信息采集模块和数据中心。所述信息采集模块包括光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块。所述数据中心包括目标识别模块、坐标解算模块、投影变换模块、影像融合模块以及目标跟踪模块。光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块通过通信网络与数据中心连接，所述通信网络为CDMA、4G、WIFI自组网中的一种或几种，或者为有线通信网络。所述光学感应模块负责输出光学视场影像，全方位电机模块负责输出水平角度及垂直角度。所述光学感应模块包括底座1、支架2以及摄像机3，支架2设于底座1上，摄像机3设于支架2上，所述全方位电机模块包括横轴舵机组件、竖轴舵机组件以及驱动控制模块，驱动控制模块内设有控制程序，所述横轴舵机组件设于支架2内，包括横轴码盘4、横轴步进电机5、横轴同步带6以及横轴同步带轮7，横轴码盘4通过连杆与横轴同步带轮7连接，横轴同步带轮7通过横轴同步带6与横轴步进电机5的输出轴连接，所述竖轴舵机组件包括竖轴码盘8、竖轴步进电机9、竖轴同步带10以及竖轴同步带轮11，竖轴码盘8通过连杆与竖轴同步带轮11连接，竖轴同步带轮11通过竖轴同步带10与竖轴步进电机9的输出轴连接，竖轴码盘8设于支架2内，竖轴步进电机9、竖轴同步带10以及竖轴同步带轮11设于底座1内，横轴步进电机5和竖轴步进电机9在控制程序的作用下作动，从而实现摄像机3在水平360度，垂直120度的范围内以一定的速度自动循环运动，横轴码盘4和竖轴码盘8分别输出水平角度和垂直角度。所述目标识别模块负责将光学感应模块中输出的光学视场影像识别出来并获得目标视场坐标，目标识别模块预存有目标标准参数，同时包括CNN算法和RNN算法。所述坐标解算模块负责解算出目标的空间直角坐标、地球时空坐标以及雷达坐标，坐标解算模块包括空间坐标映射算法和空间坐标变换算法，目标视场坐标与全方位电机模块输出的水平角度、垂直角度在坐标解算模块中空间坐标映射算法的作用下生成目标空间直角坐标，目标空间直角坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成目标地球时空坐标，目标地球时空坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成雷达坐标。所述无人机模块负责航拍、建模、还原真实三维地图，无人机模块包括地面站以及带有摄像功能的无人机，地面站与无人机之间通过CDMA、4G、WIFI自组网中的一种或几种无线通信网络连接。所述投影变换模块负责输出正射视角影像以及正射二维地图，所述投影变换模块包括空间数学投影变换算法，光学感应模块输出的光学视场影像、全方位电机模块输出的水平角度和垂直角度在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成一个正射视角影像，无人机模块输出的大量二维序列照片经过建模生成真实三维地图，真实三维地图在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成正射二维地图。所述影像融合模块负责将正射视角影像和正射二维地图融合生成最后的雷达地图，影像融合模块包括视频角度变换算法以及视频三维融合算法，正射视角影像和正射二维地图在影像融合模块中视频角度变换算法以及视频三维融合算法的作用下生成真实的雷达地图。所述目标跟踪模块负责跟踪被识别的目标，目标跟踪模块包括目标跟踪算法。

本发明的工作过程：

（1）第一步：数据的采集。开始工作后全方位电机模块中的横轴步进电机7和竖轴步进电机9在控制程序的作用下作动，从而带动摄像机3在水平360度，垂直120度范围内以一定速度自动循环运动，实现自动巡检功能，光学感应模块标定水平视场角及垂直视场角、光学视场坐标、光学视场坐标与空间距离关系后，形成实时光学视场影像，并通过通信网络将光学视场影像传输给数据中心，全方位电机模块中的横轴码盘4和竖轴码盘8精确定位当前的水平角度及垂直角度并通过通信网络将水平角度及垂直角度传输给数据中心，无人机模块经过航拍、建模生成真实的三维地图，无人机模块生成的真实三维地图通过通信网络传输给数据中心。

（2）第二步：雷达坐标的生成。目标识别模块中的CNN算法和RNN算法将光学感应模块输出的光学视场影像与目标标准参数进行对比，从而进行特定目标的识别和处理，生成目标视场坐标，目标视场坐标与全方位电机模块输出的水平角度、垂直角度在坐标解算模块中空间坐标映射算法的作用下生成目标空间直角坐标，目标空间直角坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成目标地球时空坐标，目标地球时空坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成雷达坐标。

（3）第三步：雷达地图的生成。光学感应模块输出的光学视场影像、全方位电机模块输出的水平角度和垂直角度在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成一个正射视角影像，无人机模块输出的大量二维序列照片经过建模生成真实三维地图，真实三维地图在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成正射二维地图，正射视角影像和正射二维地图在影像融合模块中视频角度变换算法以及视频三维融合算法的作用下生成真实的雷达地图。

（4）第四步：第二步中生成的雷达坐标在第三步生成的雷达地图上显示出来，达到提醒警示的效果，同时目标跟踪模块中的目标跟踪算法驱动全方位电机模块作动，从而实现对被定位目标的跟踪。

本发明对目标进行识别、跟踪，通过真实地图及实景影像可以实时获得跟踪目标的精准的雷达坐标，并将跟踪目标周围的真实环境可视化，直观的观察到跟踪目标所处的真实环境，并预警相关人员，提醒相关人员实施决策。

综上，本发明达到预期效果。

Claims (9)

1.一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：包括信息采集模块和数据中心，信息采集模块包括光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块，所述数据中心包括目标识别模块、坐标解算模块、投影变换模块、影像融合模块以及目标跟踪模块，光学感应模块、全方位电机模块以及无人机模块通过通信网络与数据中心连接，所述光学感应模块负责输出光学视场影像，所述全方位电机模块负责输出水平角度及垂直角度，所述目标识别模块负责将光学感应模块中输出的光学视场影像识别出来并获得目标视场坐标，所述坐标解算模块负责解算出目标的空间直角坐标、地球时空坐标以及雷达坐标，所述无人机模块负责航拍、建模、还原真实三维地图，所述投影变换模块负责输出正射视角影像以及正射二维地图，所述影像融合模块负责将正射视角影像和正射二维地图融合生成最后的雷达地图，所述目标跟踪模块负责跟踪被识别的目标。

2.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：所述通信网络为CDMA、4G、WIFI自组网中的一种或几种，或者为有线通信网络。

3.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：所述光学感应模块包括底座、支架以及摄像机，支架设于底座上，摄像机设于支架上，所述全方位电机模块包括横轴舵机组件、竖轴舵机组件以及驱动控制模块，驱动控制模块内设有控制程序，所述横轴舵机组件设于支架内，包括横轴码盘、横轴步进电机、横轴同步带以及横轴同步带轮，横轴码盘通过连杆与横轴同步带轮连接，所述竖轴舵机组件包括竖轴码盘、竖轴步进电机、竖轴同步带以及竖轴同步带轮，竖轴码盘通过连杆与竖轴同步带轮连接，竖轴码盘设于支架内，竖轴步进电机、竖轴同步带以及竖轴同步带轮设于底座内，横轴步进电机和竖轴步进电机在控制程序的作用下作动，从而实现摄像机在水平360度，垂直120度的范围内以一定的速度自动循环运动，横轴码盘和竖轴码盘分别输出水平角度和垂直角度。

4.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：所述目标识别模块内预存有目标标准参数，同时包括CNN算法和RNN算法。

5.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：所述坐标解算模块包括空间坐标映射算法和空间坐标变换算法，目标视场坐标与全方位电机模块输出的水平角度、垂直角度在空间坐标映射算法的作用下生成目标空间直角坐标，目标空间直角坐标在空间坐标变换算法的作用下生成目标地球时空坐标，目标地球时空坐标在空间坐标变换算法的作用下生成雷达坐标。

6.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：所述投影变换模块包括空间数学投影变换算法，光学感应模块输出的光学视场影像、全方位电机模块输出的水平角度和垂直角度在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成一个正射视角影像，无人机模块输出的大量二维序列照片，经过建模形式真实三维地图，真实三维地图在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成正射二维地图。

7.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：所述影像融合模块包括视频角度变换算法以及视频三维融合算法，正射视角影像和正射二维地图在视频角度变换算法以及视频三维融合算法的作用下生成真实的雷达地图。

8.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：所述目标跟踪模块包括目标跟踪算法。

9.如权利要求1所述的一种基于真实地图及影像的光学目标跟踪定位雷达装置，其特征在于：包括以下工作过程：

（1）第一步：数据的采集，开始工作后全方位电机模块中的横轴步进电机和竖轴步进电机在控制程序的作用下作动，从而带动摄像机在水平360度，垂直120度范围内以一定速度自动循环运动，实现自动巡检功能，光学感应模块标定水平视场角及垂直视场角、光学视场坐标、光学视场坐标与空间距离关系后，形成实时光学视场影像，并通过通信网络将光学视场影像传输给数据中心，全方位电机模块中的横轴码盘和竖轴码盘精确定位当前的水平角度及垂直角度并通过通信网络将水平角度及垂直角度传输给数据中心，无人机模块经过航拍、建模生成真实的三维地图，无人机模块生成的真实三维地图通过通信网络传输给数据中心；

（2）第二步：雷达坐标的生成，目标识别模块中的CNN算法和RNN算法将光学感应模块输出的光学视场影像与目标识别模块中预存的目标标准参数进行对比，从而进行特定目标的识别和处理，生成目标视场坐标，目标视场坐标与全方位电机模块输出的水平角度、垂直角度在坐标解算模块中空间坐标映射算法的作用下生成目标空间直角坐标，目标空间直角坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成目标地球时空坐标，目标地球时空坐标在坐标解算模块中空间坐标变换算法的作用下生成雷达坐标；

（3）第三步：雷达地图的生成，光学感应模块输出的光学视场影像、全方位电机模块输出的水平角度和垂直角度在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成一个正射视角影像，无人机模块输出的大量二维序列照片经过建模生成真实三维地图，真实三维地图在投影变换模块中空间数学投影变换算法的作用下生成正射二维地图，正射视角影像和正射二维地图在影像融合模块中视频角度变换算法以及视频三维融合算法的作用下生成真实的雷达地图；

（4）第四步：第二步中生成的雷达坐标在第三步生成的雷达地图上显示出来，达到提醒警示的效果，同时目标跟踪模块中的目标跟踪算法控制全方位电机模块作动从而实现对被识别目标的跟踪。