基于FPGA的嵌入式单目被动目标跟踪定位系统及方法

摘要

本发明提出了一种基于FPGA的嵌入式单目被动目标跟踪定位系统及方法，主要解决现有技术在实际应用中可靠性和实时性差的问题。该系统包括目标成像装置、光电经纬仪、GPS定位装置和FPGA嵌入式处理单元，其中FPGA嵌入式处理单元的功能模块包括CPU核心模块、系统存储器模块、积分图像模块、Hessian响应模块和DMA控制器模块。目标成像装置、光电经纬仪和GPS定位装置分别与FPGA嵌入式处理单元连接，目标成像装置对目标成像后，送入FPGA嵌入式处理单元估计出目标距离，再结合光电经纬仪测得的目标角度信息和GPS定位装置测得的系统自身空间位置信息，完成对目标的定位。本发明具有可靠性强和实时性好的优点，可用于对面成像目标的实时跟踪定位。

主权项

一种基于FPGA的嵌入式单目被动目标跟踪定位方法，包括如下步骤：（1）对目标进行连续成像，得到目标图像序列，该图像序列的灰度格式为8位，分辨率为256*256，每次读取序列中的一幅图像计算其对比度σ2； σ 2 = 1 M × N Σ i = 0 M - 1 Σ j = 0 N - 1 ( f ( i , j ) - μ ) 2 , 其中，M和N分别为图像像素的行数和列数，(i，j)表示横坐标为i，纵坐标为j的像素点，f(i，j)是像素点(i，j)的灰度值，μ为整幅图像的平均值；（2）根据计算得到的对比度σ2，决定是否对图像进行预处理，若65<σ2<75则不需对图像进行预处理，进入第（4）步，否则进入第（3）步；（3）对图像进行预处理，即根据自适应图像增强策略，选择改进的Lee方法或对数锐化法对图像进行增强；（4）对图像进行积分并计算每个像素点的Hessian响应，根据Hessian响应提取图像的特征点；（5）将图像的特征点与图像序列中前一幅图像的特征点进行匹配，得到图像的匹配点；（6）判断匹配点是否符合要求，其判断依据为：若在图像上能够找到3个匹配点，且这3个匹配点构成的三角形的每条边都不小于图像宽度的一半，则匹配点符合要求，进入第（8）步，否则进入第（7）步；（7）调整自适应图像增强策略，若后续连续两幅图像的匹配点不符合要求，则采用对数锐化法对图像进行增强，否则采用改进的Lee方法对图像进行增强，调整后返回第（1）步；（8）根据匹配点计算距离相关特征，在三个符合要求的匹配点构成的三角形ΔP1P2P3的三条边外部作正三角形ΔP1AP2，ΔP2BP3，ΔP3CP1，得到三角形的三个顶点A，B，C，以三角形ΔABC的外接圆直径作为目标的距离相关特征；（9）根据距离相关特征对目标进行测距，并结合目标角度信息以及系统自身空间位置信息，完成对目标的最终定位操作，完成后返回第（1）步。