Vol 21 No 52000年9月ACTA AERONAUTICA ET ASTRONAUTICA SINICASep.2000文章編號(hào):1000-6893(2000)05-0468-03基于GAS的圖像跟蹤系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方案侯格賢,吳成柯(1.西安空軍工程學(xué)院四系,陜西西安710038)(2.西安電子科技大學(xué)102室,陜西西安710071)TRACKING SYSTEM BASED ON GENETIC ALGORITHMS AND ITS HARDWARE SCHEMEHOU Ge-xian, WU Cheng-ke(1. Department of Aeronautic Electronics Engineering, The Air Force College of Engineering, Xi'an 710038, China(2. Department of Information Engineering, Xidian University, Xi'an 710071, China摘要:利用遺傳優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng),將傳統(tǒng)的目標(biāo)搜索、目標(biāo)分劃、目標(biāo)定位及跟蹤狀態(tài)評(píng)估等過(guò)程都由遺傳算法來(lái)實(shí)現(xiàn),使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn)。并分析了利用TMS320C6x實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)遺傳優(yōu)化跟蹤過(guò)程的可能性,最后給出了該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。關(guān)鍵詞:遺傳算法(GAs);跟蹤系統(tǒng);目標(biāo)檢測(cè)定位中圖分類號(hào):V243文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:AAbstract: A tracking system using genetic algorithms (GAs is presented. Traditional target hunt, segmentation, localization and evaluation of tracking state are implemented by GAs, which makes the tracking syshave a simple structure. The possibility of real-time implemenusing a DSPTMS320C6x is analyzed. Finally, a scheme to implement the tracking system is proposedKey words: genetic algorithms; tracking system; target detection and localization圖像跟蹤系統(tǒng)由于具有精度高、抗電子干擾、之間旳相關(guān)測(cè)度,根據(jù)最大相關(guān)值所在的位置,確低空探測(cè)性能好及結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、成本低等突定目標(biāo)在實(shí)時(shí)圖中的位置,具有很強(qiáng)的噪聲抑制出優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)的重要輔助跟蹤能力,可以在很小的信噪比條件下工作,但其運(yùn)算設(shè)備,被廣泛地應(yīng)用于地空武器系統(tǒng)、大中型艦艇量很大,尤其是對(duì)較大景物區(qū)域的探測(cè)、分類和定的武器系統(tǒng)等軍事領(lǐng)域。傳統(tǒng)的圖像跟蹤系統(tǒng)借位,這在一定程度上影響了匹配算法的實(shí)時(shí)應(yīng)用。助于模式識(shí)別理論,建立在不同目標(biāo)、背景在特征將遺傳算法引入相關(guān)匹配算法以解決相關(guān)匹配算空間中處于不同區(qū)域的假設(shè)之上。這種方法缺乏法運(yùn)算量大的問(wèn)題1,還利用多參量GAs實(shí)現(xiàn)智能和推理功能,故不能適應(yīng)環(huán)境的變化,在干擾了對(duì)序列圖像的目標(biāo)檢測(cè)定位匚和低信噪比的情況下不能有效跟蹤目標(biāo),跟蹤失(2)系統(tǒng)組成一個(gè)跟蹤系統(tǒng)通常可分為目敗后難以再捕獲目標(biāo)因此需要發(fā)展智能跟蹤系標(biāo)搜索和目標(biāo)跟蹤兩部分。首先由搜索系統(tǒng)在較統(tǒng),研制自適應(yīng)能力強(qiáng)、可靠性好、靈活的控制策大的視場(chǎng)范圍內(nèi)搜索目標(biāo),確認(rèn)捕獲到目標(biāo)后轉(zhuǎn)略及復(fù)雜高效的定位算法是跟蹤系統(tǒng)的研究方入跟蹤狀態(tài)在跟蹤目標(biāo)的過(guò)程中,跟蹤系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能在允許的跟蹤速度范圍內(nèi)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行正常跟1基于GAs的圖像跟蹤系統(tǒng)蹤。但是,在狀態(tài)誤差及測(cè)量誤差作用下,系統(tǒng)可能偏離正常跟蹤狀態(tài)而失去跟蹤的目標(biāo)。從監(jiān)控(1)基本思想GAs是一種自適應(yīng)、啟發(fā)式角度考慮應(yīng)對(duì)跟蹤狀態(tài)進(jìn)行估計(jì),從控制角度考的全局收斂搜索算法,由于它的整體搜索策略和慮則應(yīng)及時(shí)設(shè)法使系統(tǒng)返回正常跟蹤狀態(tài)。利用優(yōu)化計(jì)算不依賴于梯度信息,所以其應(yīng)用范圍非常廣泛。將跟蹤系統(tǒng)中的目標(biāo)分割、目標(biāo)檢測(cè)等過(guò)中國(guó)煤化工算法和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)程歸結(jié)為優(yōu)化過(guò)程,利用GAs去求解取得了較如CNMHG自適應(yīng)目標(biāo)跟蹤過(guò)程,好的效果。相關(guān)匹配法通過(guò)計(jì)算實(shí)時(shí)圖和參考圖(3)跟蹤狀態(tài)的評(píng)估及控制在跟蹤過(guò)程中,對(duì)跟蹤狀態(tài)的正確評(píng)估及控制是保證跟蹤系稿日期:1999-05-18;修訂日期:1999-12-1基金項(xiàng)目:國(guó)防預(yù)研基金(969002903)資助項(xiàng)目統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。將遺傳算法應(yīng)用到跟蹤系統(tǒng)文章網(wǎng)址:htw. hkxb. net. cn/hkxb/2000/05/0468中,可直接用適應(yīng)度函數(shù)作為對(duì)跟蹤狀態(tài)的評(píng)價(jià)。第5期侯格賢等:基于GAs的圖像跟蹤系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方案具體做法是:確定一個(gè)適應(yīng)度函數(shù)的最優(yōu)值fM,f=2(1-c(i,j))+4aai+ca(1)對(duì)跟蹤狀態(tài)這樣劃分Pe=0.48+g/(2G)攝像系統(tǒng)日標(biāo)捕獲存儲(chǔ)器“識(shí)別及分割初始定位式中:e(i,j)為文獻(xiàn)[2]中定義的相似性測(cè)度絕對(duì)誤差;an為對(duì)跟蹤窗囗內(nèi)目標(biāo)面積比連續(xù)跟蹤定位er為對(duì)跟蹤窗口邊緣的限制條件;G為設(shè)定的出控制參數(shù)控制臺(tái)跟蹤狀態(tài)估計(jì)總遺傳代數(shù);g為進(jìn)化過(guò)程中遺傳代數(shù)變量。式(1)中的3個(gè)系數(shù)和式(2)中的常量及整體遺傳代數(shù)和群體規(guī)模是通過(guò)正交試驗(yàn)法指導(dǎo)確定的。圖1利用遺傳算法的跟蹤系統(tǒng)框圖(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖2為利用遺傳匹配算法及f≥0.8fM,好普通相關(guān)匹配算法對(duì)一圖像序列進(jìn)行目標(biāo)定位的0.55fM≤f<0.8fM,中,結(jié)果。定量計(jì)算得到的軌跡誤差絕對(duì)值小于一個(gè)f<0.55fM,差像素。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:利用遺傳算法可以完成在跟蹤過(guò)程中,將每次定位結(jié)果的適應(yīng)度值對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤其特點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單,整個(gè)跟蹤與∫進(jìn)行比較,若跟蹤狀態(tài)處于好的情況,系統(tǒng)過(guò)程都可以通過(guò)遺傳算法的基本算子來(lái)完成。就繼續(xù)跟蹤;若跟蹤狀態(tài)處于中的情況,可以控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到初始定位,重新進(jìn)行比較精確的定位過(guò)程以提高后續(xù)定位的精確度;若跟蹤狀態(tài)處于差的情況,則說(shuō)明跟蹤系統(tǒng)已經(jīng)偏離正常跟蹤狀態(tài),這時(shí)就必須重新搜索目標(biāo),以確保跟蹤系統(tǒng)能正確地跟蹤目標(biāo)。圖2目標(biāo)跟蹤軌跡圖另外,跟蹤系統(tǒng)在跟蹤目標(biāo)的過(guò)程中,目標(biāo)的(a)遺傳相關(guān)匹配算法;(b)相關(guān)匹配算法大小、姿態(tài)、位置等參數(shù)按照其自身的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不斷變化,使得跟蹤系統(tǒng)中的相關(guān)運(yùn)算與其它場(chǎng)合2遺傳優(yōu)化跟蹤算法的實(shí)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)的應(yīng)用不同,即參考目標(biāo)圖像不能保持不變,而應(yīng)以兩片TMS320C30分別做主處理器和控制隨目標(biāo)的大小和姿態(tài)變化不斷更新因此,選擇前器,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)穩(wěn)定、靈活的實(shí)時(shí)電視跟蹤系面檢測(cè)到的目標(biāo)作為后續(xù)幀的目標(biāo)模板。目標(biāo)模統(tǒng)。TMS320C6×性能比(30提高了不少,運(yùn)板的更新原則可以根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境去設(shè)定。算速度達(dá)到了160MIPS,用它來(lái)完成上述的遺在目標(biāo)搜索及遺傳相關(guān)匹配算法中都采用了傳跟蹤過(guò)程,可以滿足實(shí)時(shí)處理的要求。利用可變交叉和變異概率以提高跟蹤精度和計(jì)算速M(fèi)s320C6x實(shí)現(xiàn)遺傳優(yōu)化跟蹤的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)度。交叉和變異概率PPm及適應(yīng)度函數(shù)形式為設(shè)計(jì)如圖3所示模數(shù)轉(zhuǎn)換A圖像濾波同步信號(hào)地址讓數(shù)器幀存儲(chǔ)器接凵電路監(jiān)視器視頻接口電路IMS320C6x幀存儲(chǔ)器中國(guó)煤化工CNMHG圖3遺傳優(yōu)化跟蹤系紕?wù)樈Y(jié)論不完善,二是算法復(fù)雜程度太高。將遺傳算法引入跟蹤系統(tǒng),就是一個(gè)新的嘗試。該過(guò)程的特點(diǎn)是國(guó)際上對(duì)跟蹤系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)目前是在智能跟蹤過(guò)程中的目標(biāo)搜索、目標(biāo)定位及跟蹤狀態(tài)控跟蹤算法的研究上,而智能算法的難點(diǎn)一是理論制都可以通過(guò)遺傳算法來(lái)實(shí)現(xiàn),算法簡(jiǎn)單,易于實(shí)470航空學(xué)報(bào)第21卷現(xiàn)。最后設(shè)計(jì)了利用TMS320C6x實(shí)現(xiàn)遺傳優(yōu)化跟蹤系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案。作者簡(jiǎn)介:侯格賢1984年畢業(yè)于西北電信工程學(xué)院參考文獻(xiàn)通信工程系,1990年在西安空軍工程學(xué)院獲通信與電子系統(tǒng)學(xué)科碩土學(xué)位,1999年6[1]侯格賢,吳成柯.一種基于GA的快速匹配算法[J,西安電月獲西安電子科技大學(xué)通信與電子系統(tǒng)學(xué)子科技大學(xué)學(xué)報(bào),1998,25(4):450~45科博士學(xué)位。現(xiàn)為西安空軍工程學(xué)院副教2]侯格賢,吳成柯.基于遺傳算法方法的目標(biāo)檢測(cè)定位方法LJ].航空學(xué)報(bào),1997,18(6):681~686v山中國(guó)煤化工節(jié)號(hào)處里,圖處理和根式[3]侯格賢吳成柯劉靖.基于多參量遺傳算法的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分CNMHG信工程學(xué)院(現(xiàn)名西安電子科割方法[].電子學(xué)報(bào)199826(1):11~14技大學(xué))無(wú)線電通信工程系?，F(xiàn)為西安電子科技大學(xué)教授,博士生4]王軍寧.多模式實(shí)時(shí)電視跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西師。目前主要從事計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖象處理和圖象安:西安電子科技大學(xué),1997通信的教學(xué)和科研工作[5 Introduction to the TMS320C6x[Z]. Texas Instrument