基于图像处理的运载火箭目标识别和跟踪的理论探讨

张亚波+胡经民

【摘要】 火箭发射飞行的可视化是指挥决策非常重要的一部分，通过图像处理技术，可以直观的掌握火箭飞行过程中的关键动作，以及关键设备的工作情况。本文分析和研究了近年来国内外成像跟踪的前沿技术，主要综述了基于相关的跟踪方法、基于特征的跟踪方法和基于模型的跟踪方法三点，希望以此为基础提出了一套适用于火箭目标的识别与跟踪算法。

【关键词】 目标跟踪 相关 特征 模型

一、引言

目标跟踪已经成为当前国内外研究的热门课题，所涉及的问题是控制、指挥、通信和情报学科发展的前沿问题。目标跟踪技术在广泛运用在国内各个领域，不仅涉及到武器投射系统的末制导和飞机导航，而且还与工业流水线的自动监测、光学和雷达的图像跟踪、导弹的地形和地图匹配等也有紧密联系。本文通过对近几年来国内外相关文献的检索，对目标跟踪方法的研究现状总结如下。

二、国内外研究综述

在 70至80 年代期间，美国率先将第一代的成像跟踪系统运用于军队中。美国国防预研局于1980 年联合了军种委员会创立了自动目标识别工作小组。图像跟踪技术在图像设备的推动下趋于成熟，通过图像传感器得到的连续图像序列，再加以相应的计算方法，以此分析出姿态角、线速度、位置等关于目标运动的资料。在图像跟踪系统比较完善的前提下，可以采用具备CCD 摄像机和雷达或望远的地面图像探测设备来获得目标运动的图像序列，采用比较典型的边缘检测算子图像的边界进行检测，用此图像跟踪技术对目标的位置进行确定。我国的图像跟踪技术研究起步比较晚，但随着计算机和图像处理技术、尤其是超大规模集成电路技术（HVLSI）、大规模集成电路技术（VLSI）、以及各种传感器技术（如微波、毫米波、激光、雷达、红外）等技术因素在近些年内都有比较大的进步，在国际大环境的影响和国内政府的大力扶持下，图像跟踪技术在很好的研发氛围下得到了必要的技术条件和理论基础的支持。

三、目标跟踪方法综述

3.1 基于相关的跟踪方法

简言之，在当前帧中的区域里搜索到与上一帧中目标区域的最大相关性（correlation），这就是目标跟踪方法的主体思想。其具体实施方法就是在实时图像上将系统的基准图像进行不同的偏移值位移，然后遵循现有的相似性度量准则，对每一个偏移值下重叠的基准图像及与基准图像同样大小的实时图像即进行相关处理，最后再依照判别准则进行相关结果的处理，从而得出在实时图像中分析出所被跟踪目标的位置。

3.2 基于特征的跟踪方法

跟踪方法的基本思想可以概括为：在进行跟踪时，没有对目标的每一点都进行跟踪的必要，只要能对目标上的某一特征点进行跟踪，对整个目标的跟踪就可以完成。只要保证目标的质心或任意一点具有高度的稳定性，都可以作为跟踪的特征点，其高度的稳定性是指对外界因素如噪声、光照强度的变化等影响因素的抗干扰能力比较强。其主要思想是在实体图像中抽取出一组能代表目标信息的特征序列，与标准的特征序列进行比对，特征点选择范围比较广，例如目标的方位、大小和照度变化的敏感度，图像的特征可以是幅度分布、频谱，几何特征如点、线、面、边缘、纹理等。

3.3 基于模型的跟踪方法

通过利用点、线、区域，此方法将被跟踪的目标拟合成一个几何模型，运动目标的跟踪变成了目标识别问题。这种方法含有高层的语义描述和知识，因此，相对于其它的跟踪方法，它具有更强的可靠性。模型空间可以是真实的 3D 世界或者是简单的2D投影。因为此方未能能够目标的特殊性质进行充分的利用，相对于其他仅限于利用目标一般特征的方法，这种方法占有更明显的优势，在复杂环境下这种优势更为明显。它的不足，就是需要计算复杂的模型、处理模型的平移、旋转和变形等特征，从而所耗费比较多的计算时间。由于这种物体存在线框模型，这种跟踪方法比较适合用于对多面体人造物体的跟踪。

四、总结

己有多年研究的目标跟踪技术已经具备许多算法。针对于刚体目标和非刚体目标的跟踪都有相应的计算方法、还有一些计算方法的提出是用于提高跟踪匹配的准确性和缩小目标搜索范围。无论是在民事上还是在军用上，运动目标的跟踪技术都发挥着非常突出的实用价值。

参 考 文 献

[1] 尹宏鹏，柴毅，屈剑锋，翟茹玲. 基于多关联模板匹配的火箭目标跟踪算法[J]. 计算机工程，2009，18：31-33+36

[2] 霍克. 国产新型舰艇的多用途舰载火箭炮[J]. 舰载武器，2009，10：27-32

[3] 尹宏鹏，柴毅，，魏洪波，郭茂耘. Mean-shift改进算法在火箭目标跟踪中的应用[J]. 重庆大学学报，2010，04：120-126