AVT21自動視頻跟蹤模塊
產品概述


AVT21是一款高性能小尺寸低功耗的嵌入式自動視頻跟蹤模塊,該模塊提供了目標捕捉、自動跟蹤、平臺控制、電子穩像、圖像縮放平移旋轉、OSD等強大功能,解決了光電跟蹤系統所需要的各種算法和技術問題,從而大大縮短了光電跟蹤系統的研制周期,并使系統性能大大提升。

典型應用方案示意圖1,用戶使用自行設計的嵌入式主控模塊 + AVT21,構建自動視頻跟蹤系統。

典型應用方案示意圖2,用戶使用VTC81 + AVT21,構建自動視頻跟蹤系統。

典型應用方案示意圖3,用戶使用PC機 + AVT21,快速構建自動視頻跟蹤系統。

關鍵特征
  • 突破傳統的視頻目標取差器的設計理念,融合捕獲和自動跟蹤兩種模式下的平臺運動控制、傳感器視場和指向等諸多信息對目標運動加以預測,使得跟蹤更加可靠平穩,并具有良好的普適性。因此,AVT21不是單純的視頻目標取差器,而是一個完整的自動視頻跟蹤系統解決方案。
  • 內置多種圖像增強預處理算法:白熱、黑熱、雙極性、移動目標檢測等。
  • 視頻捕獲:可根據目標的亮度、尺寸、外形比例、速度、運動方向等自動獲取目標。
  • 視頻跟蹤:內置多種跟蹤算法且支持多目標檢測和多目標跟蹤;目標短暫丟失智能鎖定和重捕獲算法。
  • 可編程兩軸平臺驅動控制(PID);支持速率和位置控制。
  • 算法的FPGA實現,使得模塊具有極低的延遲:輸出偏差或平臺運動參數延遲小于1場時間(PAL一場時間是20ms、NTSC為16.7ms),可同步輸出,也可即時輸出。
  • 圖像處理功能:基于場景鎖定的極低延遲實時電子穩像。
  • OSD功能,支持標準的和用戶自定義的字符和符號,如:跟蹤窗口、符號標記、瞄準線、狀態等等。
  • 圖像平移、縮放和旋轉功能,以糾正傳感器安裝位置對視頻的影響。
  • 支持固定視場、可切換視場、連續變化(ZOOM)視場的攝像機,從而實現在自動跟蹤狀態下可以進行視場改變或切換操作,并保持跟蹤不會因此而中斷。
  • 結構緊湊、功耗低。

外形圖

自動獲取目標

可根據目標的亮度、尺寸、外形比例、速度、運動方向等自動獲取目標。

跟蹤算法

  • 質心跟蹤算法:這種跟蹤方式用于跟蹤有界目標,且目標與環境相比有明顯不同灰度等級,如空中飛機等。目標完全包含在鏡頭視場范圍內。
  • 相關跟蹤算法:相關可用來跟蹤多種類型的目標,當跟蹤目標無邊界且動態不是很強時這種方式非常有效。典型應用于:目標在近距離的范圍,且目標擴展到鏡頭視場范圍外,如航行在大海中的一艘船。
  • 相位相關算法:相位相關算法是非常通用的算法,既可以用來跟蹤無界目標也可以用來跟蹤有界目標。在復雜環境下(如地面的汽車)能給出一個好的效果。
  • 多目標跟蹤算法:多目標跟蹤用于有界目標如飛機、地面汽車等。它們完全在跟蹤窗口內。對復雜環境里的小目標跟蹤,本算法能給出一個較好的性能。
  • 邊緣跟蹤算法:當跟蹤目標有一個或多個確定的邊緣而同時卻又具有不確定的邊緣,這時邊緣跟蹤是最有效的算法。典型如火箭發射,它有確定好的前邊緣,但尾邊緣由于噴氣而不定。
  • 場景鎖定算法:該算法專門用于復雜場景的跟蹤。適合于空對地和地對地場景。這個算法跟蹤場景中的多個目標,然后依據每個點的運動,從而估計整個場景全局運動,場景中的目標和定位是自動選擇的。當存在跟蹤點移動到攝像機視場外時,新的跟蹤點能自動被標識。瞄準點初始化到場景中的某個點,跟蹤啟動,同時定位瞄準線。在這種模式下,能連續跟蹤和報告場景里的目標的位置。
  • 組合跟蹤算法:顧名思義這種跟蹤方式是兩種具有互補特性的跟蹤算法的組合:相關類算法 + 質心類算法。它適合于目標尺寸、表面、特征改變很大的場景。

低延遲

目標偏差或平臺控制信息的輸出于實時視頻的延遲時間小于或等于1場時間(PAL制場周期是20ms、NTSC制場周期是16.7ms),這種極低的延遲,使得控制系統的帶寬大大提高,提高系統的跟蹤精度和穩定性。偏差信息或平臺控制信息的輸出可以有兩種方式:
  • 在視頻消隱期同步輸出。
  • 計算獲得偏差信息或平臺控制信息后立刻輸出。

多目標跟蹤

多目標跟蹤算法可以跟蹤多于一個的目標,算法在跟蹤窗口范圍內,區分分離的目標,可跟蹤多達5個目標,目標的瞄準點是主要目標的質心,它通過捕獲目標符號來標識,次要目標使用檢測目標標記來標識。

不同類型攝像機支持

典型視頻跟蹤系統的鏡頭可能是:熱成像傳感器(它帶有一個或多個固定視場)、帶ZOOM鏡頭的彩色CCD攝像機,或窄視場攝像機(一般用于定點觀察)。對于使用可變視場的多攝像機系統,AVT21提供了強大的支持,能實現視場變化時自動適應攝像機特性的變化,并保持視場和攝像機的切換不中斷自動跟蹤。

平臺控制

AVT21控制平臺運動有兩種模式:捕獲模式(也即手動控制平臺)和自動跟蹤模式。
捕獲模式下的平臺運動參數計算主要包括:對來自操作手柄的運動數據進行死區、增益、操控特性形狀化等處理。
跟蹤模式下的平臺運動參數計算主要包括:對目標偏差數據進行視場補償、增益調整、積分處理等。..
平臺運動控制算法是對來自兩種模式的運動需求,通過PID算法,以及平臺死區和飽和控制,最終形成平臺運動參數(速度、方向)的輸出。

電子穩像

很多情況下,攝像機安裝在不穩定的平臺上,如飛機、車、船等使用環境。為了進行遠距離觀察,往往鏡頭視場小,這種情況下,輕微的機械振動會引起視頻比較大的抖動,從而影響視頻觀察探測,AVT21使用場景鎖定算法精確地測量場景的全局運動,實現電子穩像功能。

視頻旋轉縮放平移

圖像旋轉縮放平移用于補償攝像機的安裝位置,或者放大圖像,例如安裝在平臺上的攝像機由于安裝造成圖像顛倒等。這時就可以使用這個功能把圖像旋轉180°以獲得符合習慣的圖像。

OSD

功能強大的OSD除了支持AVT21自身的一些狀態條、跟蹤窗口、靶心、目標標記等信息的輸出外,還支持用戶自定義的文本、圖形和符號等的輸出。OSD可以很方便地進行消隱和顯示控制。

有4個繪圖平面:跟蹤器文本、跟蹤器符號、用戶符號平面1、用戶符號平面

工具軟件

AVT21配置工具程序:用于對AVT21的工作方式進行配置,運行在PC+Windows環境,可靈活方便地對AVT21的各種工作參數進行配置,配置結束后,可將配置參數存儲在AVT21中,AVT21每次上電啟動的時候,均會自動加載此配置參數,并以此配置參數運行,這樣AVT就成為適應于特定應用需求的專用自動視頻跟蹤器了。

基于PC的AVT21跟蹤控制演示程序:基于這個軟件,再加上AVT21,就可以快速構建一個PC + AVT21的自動視頻跟蹤系統。


應用實例

機載光電觀瞄系統
車載光電跟蹤系統
艦船光電跟蹤系統
火箭發射、飛機起降自動視頻跟蹤系統
邊防監視跟蹤系統
其它應用場合的自動視頻跟蹤系統

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對空跟蹤 對地跟蹤 對海跟蹤


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