电视跟踪系统中目标角偏差获取方法的研究

　　1　引　言

　　电视跟踪器通过电视摄像机获得目标的图像,必须实时获得目标相对视场中心的角偏差。角偏差是随动系统驱动跟踪器转动、使目标进入视场中心的控制量,随动系统根据跟踪器测量的角偏差量不断进行角位置调节,实现对目标的跟踪。图像目标的角偏差获得过程即跟踪器识别目标对象和获得目标行列位置的过程,计算机检测出目标相对视场中心的行列位置,再根据测量的焦距的大小,计算出目标与跟踪器的真实角偏差。

　　2　查表法获取实际角偏差的方法

　　获得目标真实角偏差的前提是,首先获得电视监视器中目标相对于视场中心的横纵坐标,如图1所示。

　　图1中,Δx,Δy以像素数表示电视脱靶量,单位为码。目标与跟踪器之间的真实角偏差即为:

　　得到了监视器中像素值,又已知角偏系数,就能够计算得到目标距离测量设备的真实角偏差。

　　实际上,角偏差系数的大小由跟踪器的焦距值来确定。而电视跟踪器是一个焦距可变的传感器。也就是说,欲求真实角偏差,就必须找到跟踪器的焦距与角偏差系数的对应关系。严格意义上说,他们之间是一个非线性关系,如图2所示。

　　在以往的电视跟踪系统中,求取角偏差系数的方法往往是查表法,由光学设计专家给出的数据表来计算角偏差系数。数据表中每一个焦距值就对应一个角偏差系数,焦距值划分越细,计算得到的角偏差就越精确,缺点是数据表就越大;反之,焦距值划分越粗,计算得到的角偏差精度就越低,优点是数据表就越小。工程上,焦距值的划分要权衡跟踪精度与控制器的容量这两个因素。在要求精度不高的场合,可以近似认为角偏差系数与焦距值成线性关系或者分段线性关系。得到了角偏差系数,代入式(1)就得到了实际角偏差。

　　3　计算法获取真实偏差角的方法

　　一种实时获取角偏差系数的方法是计算法,是根据几何光学的理论推导出来的,将电视跟踪器的光学系统简化成一个透镜成像系统,其物AB通过透镜成像为A′B′,物距为u,像距为v,焦距为f,其成像原理如图3所示。

　　根据凸透镜成像原理可知物距、像距与焦距之间的关系为:

　　在实际的工作过程中,目标可视为无穷远处,即:物距u无穷大,此时由透镜成像原理可知,有下式成立:

　　随着目标的变化,物距也随之变化,为了得到一个清晰的像,调节透镜的焦距f。要求取的真实角偏差即为像与光轴的角度,与物到光轴的夹角互为对角,大小相等。其表达式为: