極坐標目標定位技術，是在機器視覺的基礎上完成的。針對機器視覺定位時，尤其戰場環境下，小型目標以高運動速度、高機動性能、高隱蔽性能出現在視覺檢測範圍內，致使視覺檢測系統無法即時地、全面地檢測目標問題，以及常用的測距方式一次只能測量單個目標的問題。
基本介紹
- 中文名：極坐標定位方法
- 外文名：Polar coordinate positioning method
- 學科：測繪工程
- 基礎：機器視覺
- 特點：高運動速度、高機動性能等
- 問題：一次只能測量單個目標
簡介,一體化平台設計,信息處理,圖像預處理與目標檢測,定距與定向,總結,
簡介
目標定位技術隨著科技的進步已經取得了較大發展，在軍用和民用領域都存在大量的研究套用。目前套用最廣泛的定位技術主要是衛星定位系統，美國的GPS 全球衛星定位系統作為全球最為成熟的定位系統之一，其套用領域極其廣泛，在日常生活中發揮著重要作用。近年中國自主研製的北斗全球定位系統已初步投入使用，並將大力發展完善其功能，在各領域將為國內外提供更為優質的服務。在軍事領域，雷達掃描是常用的目標探測定位技術，機械掃描雷達，相控陣雷達等在戰場環境多目標定位上發揮著重要作用。
近年來，隨著計算機技術的發展，機器視覺定位得到了越來越多的關注、研究和套用。機器視覺定位是將數字圖像處理技術，圖像目標檢測，目標跟蹤與識別等結合起來的類似於人腦機能的綜合目標檢測與定位方法。機器視覺定位主要有單目定位和雙目定位，單目定位技術利用單個圖像採集設備獲取圖像，並利用圖像處理技術實現目標的檢測定位；雙目定位是利用兩個圖像採集設備模擬人眼機能的目標定位方法。另外，仿複眼定位技術的研究模擬生物複眼模式，能夠實現大視角成像和動目標快速定位。
極坐標目標定位技術，是在機器視覺的基礎上完成的。針對機器視覺定位時，尤其戰場環境下，小型目標以高運動速度、高機動性能、高隱蔽性能出現在視覺檢測範圍內，致使視覺檢測系統無法即時地、全面地檢測目標問題，以及常用的測距方式一次只能測量單個目標的問題。柵格化極坐標定位方法能夠快速對視場內多目標檢測與定位，能夠達到戰場全方位，快速偵察的需求。
一體化平台設計
柵格化極坐標定位方法硬體實現平台是集成圖像採集，雷射測距模組，測角測向模組，雲台隨動系統的光電綜合平台。圖像採集採用紅外熱像儀，其是利用熱成像原理的成像設備，反映目標和背景紅外輻射的空間分布，因此能夠對夜間目標檢測與定位，實現全天候值守工作。雷射測距模組採用雷射測距儀，能夠精確實現距離測量。雷射測距儀和熱像儀集成，能夠對圖像視場範圍內進行距離測量。熱像儀與雷射測距結構，圖中熱像儀和雷射測距一體化集成，並且兩者之間通過轉軸相連，可以在一定範圍內以不同的上下夾角工作，便於對視場內不同高度範圍測距。
雲台隨動系統控制熱像儀的俯仰和旋轉，實現360°全方位目標的檢測定位。高精度雙自由度可控雲台，能夠帶動圖像採集設備和雷射測距等模組實現上下俯仰和360°轉動。平台同時集成電子羅盤用於目標定向，GPS 定位系統用於自身定位，信息處理模組對採集信息數據處理。設計的感知單元以及其他各感測器模組，信息處理部分，雲台等集成一起，構成一體化平台。該平台可單獨使用或安裝於智慧型車等移動平台上實行複雜環境偵察等工作。
信息處理
首先，信息處理單元和感知平台利用熱像儀和雷射測距、電子羅盤對視場範圍進行柵格化處理標定，建立柵格化極坐標定位模型；然後控制雲台對周圍環境全方位掃描，並進行目標檢測；檢測到目標後經處理得到目標質心，目標質心與柵格化定位模型匹配，綜合距離數據和電子羅盤定向數據，獲得目標相對感知平台位置，實現目標的檢測定位。同時由於集成GPS 定位模組，可以完成平台自身定位，即可通過換算獲得目標在大地坐標系位置，通過遠程通信實現遠程監控定位目標。
圖像預處理與目標檢測
熱像儀是紅外成像設備，反應目標和環境的紅外熱分布，成像情況與物體的溫度和發射功率有關。與可見光圖像相比，紅外圖像是灰度圖像，空間相關性強，夜視效果較好；同時，相對於可見光圖像肉眼解析度較低，直觀性較差，易受環境影響產生噪聲；因此，必須對紅外圖像設計合適的圖像處理方法。
圖像預處理主要是對採集設備採集的原始圖像預先處理加工，提高圖像質量，為目標檢測等做基礎。主要針對紅外圖像特點，採用直方圖均衡化和平滑去噪的方法對圖像預處理。直方圖均衡化通過改變圖像的灰度直方圖分布達到增強圖像對比度的結果，使圖像更清晰；平滑去噪採用3×3 均值濾波方法對圖像去噪處理，降低噪聲影響。
定距與定向
雷射測距模組實現平台的基礎定距測量。雷射測距具有探測距離遠，測量精度高，抗干擾強，體積小，重量輕，重複頻率高等優點。脈衝式雷射測距儀通過發射雷射脈衝控制計時器開門，接收器接收返回的雷射脈衝控制計時器關門；計算出雷射在所測距離上往返傳輸時間，得到距離。
電子羅盤是常用的導航工具，能實時提供移動物體的航向和姿態，其主要以感測器感應地磁場變化，確定角度方向。將其集成於平台上能夠隨雲台轉動，返回角度數據，由此換算得到方向數據。電子羅盤結合雷射測距共同為柵格化極坐標系模型的建立提供測量數據。
理想狀態下，通過雲台的旋轉和俯仰運動能夠完成360和平台至無窮遠的目標定位，但是在雲台仰到一定角度，視場下沿會超出地平面或者只有較少部分，視場大面積被天空或高層景物覆蓋，對該算法造成較大誤差或失效；另外，目標較近遮擋大部分甚至全部畫面，會對畫面造成影響。出現類似特殊情況時，可選擇直接操控雷射測距進行測距。
總結
提出的柵格化目標定位方法，對硬體平台、信息處理等做了詳細介紹，特別針對柵格化定位原理做了深入闡述。該方法對於目標定位，尤其進入可測範圍內的多目標、群目標等，能夠快速反應定位。適合戰場、高危等環境的快速偵察，全方位目標偵測，對提升偵察能力，快速反應能力以及作戰能力有較大幫助。
