AVT21自动视频跟踪模块
产品概述


AVT21是一款高性能小尺寸低功耗的嵌入式自动视频跟踪模块,该模块提供了目标捕捉、自动跟踪、平台控制、电子稳像、图像缩放平移旋转、OSD等强大功能,解决了光电跟踪系统所需要的各种算法和技术问题,从而大大缩短了光电跟踪系统的研制周期,并使系统性能大大提升。

典型应用方案示意图1,用户使用自行设计的嵌入式主控模块 + AVT21,构建自动视频跟踪系统。

典型应用方案示意图2,用户使用VTC81 + AVT21,构建自动视频跟踪系统。

典型应用方案示意图3,用户使用PC机 + AVT21,快速构建自动视频跟踪系统。

关键特征
  • 突破传统的视频目标取差器的设计理念,融合捕获和自动跟踪两种模式下的平台运动控制、传感器视场和指向等诸多信息对目标运动加以预测,使得跟踪更加可靠平稳,并具有良好的普适性。因此,AVT21不是单纯的视频目标取差器,而是一个完整的自动视频跟踪系统解决方案。
  • 内置多种图像增强预处理算法:白热、黑热、双极性、移动目标检测等。
  • 视频捕获:可根据目标的亮度、尺寸、外形比例、速度、运动方向等自动获取目标。
  • 视频跟踪:内置多种跟踪算法且支持多目标检测和多目标跟踪;目标短暂丢失智能锁定和重捕获算法。
  • 可编程两轴平台驱动控制(PID);支持速率和位置控制。
  • 算法的FPGA实现,使得模块具有极低的延迟:输出偏差或平台运动参数延迟小于1场时间(PAL一场时间是20ms、NTSC为16.7ms),可同步输出,也可即时输出。
  • 图像处理功能:基于场景锁定的极低延迟实时电子稳像。
  • OSD功能,支持标准的和用户自定义的字符和符号,如:跟踪窗口、符号标记、瞄准线、状态等等。
  • 图像平移、缩放和旋转功能,以纠正传感器安装位置对视频的影响。
  • 支持固定视场、可切换视场、连续变化(ZOOM)视场的摄像机,从而实现在自动跟踪状态下可以进行视场改变或切换操作,并保持跟踪不会因此而中断。
  • 结构紧凑、功耗低。

外形图

自动获取目标

可根据目标的亮度、尺寸、外形比例、速度、运动方向等自动获取目标。

跟踪算法

  • 质心跟踪算法:这种跟踪方式用于跟踪有界目标,且目标与环境相比有明显不同灰度等级,如空中飞机等。目标完全包含在镜头视场范围内。
  • 相关跟踪算法:相关可用来跟踪多种类型的目标,当跟踪目标无边界且动态不是很强时这种方式非常有效。典型应用于:目标在近距离的范围,且目标扩展到镜头视场范围外,如航行在大海中的一艘船。
  • 相位相关算法:相位相关算法是非常通用的算法,既可以用来跟踪无界目标也可以用来跟踪有界目标。在复杂环境下(如地面的汽车)能给出一个好的效果。
  • 多目标跟踪算法:多目标跟踪用于有界目标如飞机、地面汽车等。它们完全在跟踪窗口内。对复杂环境里的小目标跟踪,本算法能给出一个较好的性能。
  • 边缘跟踪算法:当跟踪目标有一个或多个确定的边缘而同时却又具有不确定的边缘,这时边缘跟踪是最有效的算法。典型如火箭发射,它有确定好的前边缘,但尾边缘由于喷气而不定。
  • 场景锁定算法:该算法专门用于复杂场景的跟踪。适合于空对地和地对地场景。这个算法跟踪场景中的多个目标,然后依据每个点的运动,从而估计整个场景全局运动,场景中的目标和定位是自动选择的。当存在跟踪点移动到摄像机视场外时,新的跟踪点能自动被标识。瞄准点初始化到场景中的某个点,跟踪启动,同时定位瞄准线。在这种模式下,能连续跟踪和报告场景里的目标的位置。
  • 组合跟踪算法:顾名思义这种跟踪方式是两种具有互补特性的跟踪算法的组合:相关类算法 + 质心类算法。它适合于目标尺寸、表面、特征改变很大的场景。

低延迟

目标偏差或平台控制信息的输出于实时视频的延迟时间小于或等于1场时间(PAL制场周期是20ms、NTSC制场周期是16.7ms),这种极低的延迟,使得控制系统的带宽大大提高,提高系统的跟踪精度和稳定性。偏差信息或平台控制信息的输出可以有两种方式:
  • 在视频消隐期同步输出。
  • 计算获得偏差信息或平台控制信息后立刻输出。

多目标跟踪

多目标跟踪算法可以跟踪多于一个的目标,算法在跟踪窗口范围内,区分分离的目标,可跟踪多达5个目标,目标的瞄准点是主要目标的质心,它通过捕获目标符号来标识,次要目标使用检测目标标记来标识。

不同类型摄像机支持

典型视频跟踪系统的镜头可能是:热成像传感器(它带有一个或多个固定视场)、带ZOOM镜头的彩色CCD摄像机,或窄视场摄像机(一般用于定点观察)。对于使用可变视场的多摄像机系统,AVT21提供了强大的支持,能实现视场变化时自动适应摄像机特性的变化,并保持视场和摄像机的切换不中断自动跟踪。

平台控制

AVT21控制平台运动有两种模式:捕获模式(也即手动控制平台)和自动跟踪模式。
捕获模式下的平台运动参数计算主要包括:对来自操作手柄的运动数据进行死区、增益、操控特性形状化等处理。
跟踪模式下的平台运动参数计算主要包括:对目标偏差数据进行视场补偿、增益调整、积分处理等。..
平台运动控制算法是对来自两种模式的运动需求,通过PID算法,以及平台死区和饱和控制,最终形成平台运动参数(速度、方向)的输出。

电子稳像

很多情况下,摄像机安装在不稳定的平台上,如飞机、车、船等使用环境。为了进行远距离观察,往往镜头视场小,这种情况下,轻微的机械振动会引起视频比较大的抖动,从而影响视频观察探测,AVT21使用场景锁定算法精确地测量场景的全局运动,实现电子稳像功能。

视频旋转缩放平移

图像旋转缩放平移用于补偿摄像机的安装位置,或者放大图像,例如安装在平台上的摄像机由于安装造成图像颠倒等。这时就可以使用这个功能把图像旋转180°以获得符合习惯的图像。

OSD

功能强大的OSD除了支持AVT21自身的一些状态条、跟踪窗口、靶心、目标标记等信息的输出外,还支持用户自定义的文本、图形和符号等的输出。OSD可以很方便地进行消隐和显示控制。

有4个绘图平面:跟踪器文本、跟踪器符号、用户符号平面1、用户符号平面

工具软件

AVT21配置工具程序:用于对AVT21的工作方式进行配置,运行在PC+Windows环境,可灵活方便地对AVT21的各种工作参数进行配置,配置结束后,可将配置参数存储在AVT21中,AVT21每次上电启动的时候,均会自动加载此配置参数,并以此配置参数运行,这样AVT就成为适应于特定应用需求的专用自动视频跟踪器了。

基于PC的AVT21跟踪控制演示程序:基于这个软件,再加上AVT21,就可以快速构建一个PC + AVT21的自动视频跟踪系统。


应用实例

机载光电观瞄系统
车载光电跟踪系统
舰船光电跟踪系统
火箭发射、飞机起降自动视频跟踪系统
边防监视跟踪系统
其它应用场合的自动视频跟踪系统

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