(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210697187.X (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 中国人民解 放军战略支援 部队航天 工程大学 地址 101416 北京市怀柔区八一路一 号 (72)发明人 张景涵　孙东东　倪淑燕　崔建华　 付琦玮　张书豪　房彦龙　李豪　 (74)专利代理 机构 北京天盾知识产权代理有限 公司 11421 专利代理师 姜有保 (51)Int.Cl. H04N 5/232(2006.01) H04N 5/225(2006.01) (54)发明名称 一种星载动目标检测跟踪地面演示验证系 统 (57)摘要 本发明涉及一种星载动目标检测跟踪地面 演示验证系统， 包括摄像头、 FPGA开发板和云台， 所述摄像头通过CMOS接口连接到 FPGA开发板， 摄 像头与FPGA开发板一起固定在云台上， 云台与 FPGA开发板 上的UART接口相连， 该系统将目标检 测功能和姿态控制功能集成到一片FPGA中， 所述 FPGA开发板通过调整云台的姿态带动摄像头视 场移动， 达到跟踪目标的目的。 本发明能够支撑 目标检测跟踪技术的地面验证， 可以提高在轨测 试前产品的成熟度， 降低在轨测试风险； 本发明 将目标检测和姿态控制集成到一片FPGA中实现， 控制算法基于FPGA自带SOPC资源开发， 可以与目 标检测模块高度集成， 不需要独立的处理器， 接 口为内部接口， 能够有效简化系统设计， 提高硬 件集成度。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115190238 A 2022.10.14 CN 115190238 A 1.一种星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 包括摄像头、 FPGA开发板和云台， 所述 摄像头通过CMOS接口连接到FPGA开发板， 摄像头与FPGA开发板一起固定在云台上， 云台与 FPGA开发板上的UART接口相连， 其特征在于， 该系统将目标检测功能和姿态控制功能集成 到一片FPGA 中， 所述FPGA开发板通过调整云台的姿态带动摄像头视场移动， 达到跟踪目标 的目的。 2.如权利要求1所述的星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 其特征在于， 所述FPGA 开发板内包括 目标检测单元和云台控制单元， 所述 目标检测单元具有检测目标功能， 目标 检测过程在FPGA中通过Verilog语 言实现； 所述云台控制单元具有姿态控制功能， 用于调整 云台的姿态， 云台控制过程在FPGA中依靠SOPC软核实现。 3.如权利要求2所述的星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 其特征在于， 所述目标 检测单元包括灰度化处理模块、 差 分处理模块、 腐蚀处理模块、 膨胀处理模块和包围盒计算 模块， 灰度化处理模块用于处理摄像头获取到运动目标的图像信息； 差分处理模块用于将 相邻的两帧图像进行帧间差分， 得到 帧差图像； 腐蚀处理模块和 膨胀处理模块用于处理中 值滤波后的结果， 从而获取运动目标的边缘信息； 包围盒计算模块用于在运动目标 的周围 赋予纯色框 。 4.如权利要求3所述的星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 其特征在于， 当所述摄 像头的视场中检测到有物体位置发生变化时， 目标检测单元会将该区域用带色方框强调显 示， 并输出该带色方框中心 点的坐标值， 作为目标点偏离视场中心的偏移量， 这个偏移 量会 在编帧后通过UART接口发送至 云台控制单元， 云台控制单元对接收到的数据进 行判断和解 帧， 得到该偏移量， 然后对云台偏移 量进行处理得到相应的控制指令， 再通过另一个UART接 口发送至云台， 调整云台的姿态， 使它向着目标运动的方向转动， 达到跟踪目标运动的效 果。 5.如权利要求4所述的星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 其特征在于， 目标检测 过程采用帧差 法， 将相邻两帧图像差 分处理后， 进 行中值滤波 滤除噪声， 中值滤波后的结果 依次通过腐蚀算法和膨胀算法的处理之后获取运动目标的边缘信息， 最后利用对图像进 行 扫描的方式， 获取到运动图像的极值 坐标， 并根据极值 坐标在运动目标的周围加框 。 6.如权利要求2所述的星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 其特征在于， 云台控制 过程采用PID算法， 根据实时的数据计算实时的转动方向和转动速度。 7.如权利要求6所述的星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 其特征在于， 所述转动 速度的值由确定的PID控制系数通过计算得到 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115190238 A 2一种星载动目标 检测跟踪地面 演示验证系统 技术领域 [0001]本发明属于目标检测跟踪领域， 具体是一种星载动目标检测跟踪地面演示验证系 统。 背景技术 [0002]当前大部分遥感卫星的工作模式为在轨拍照后数传地面， 在地面进行目标的检 测， 这一过程中需要消耗较多的处理 时间， 对于飞机、 车辆等速度较快的动目标时效性难以 满足要求， 针对这 一问题， 采用在轨目标检测跟踪是一种有效的解决方式。 [0003]目前动目标检测跟踪技术的在轨应用目前还很少， 很多技术在进行在轨验证之前 需要进行地面验证。 [0004]目前对于动目标检测跟踪的地面验证大多仅从算法本身出发， 没有考虑与卫星平 台的联动性。 实际上在轨检测跟踪时需要与卫星平台的姿态控制系统协同完成， 一方面是 由于光学图像的实时视场较小， 需要通过姿态机动增大范围； 另一方面跟踪过程需要实时 控制姿态使目标锁定在视场中心。 对于姿态的模拟可选用计算机模拟、 气浮台和云台三种 方式。 [0005]另外， 在当前遥感卫星工作 模式下， 图像处理和姿态控制分属于载荷和平台部分， 分别在载荷处理板和姿态控制计算机上完成， 相对独立。 而对于动目标跟踪检测时两者需 通过要密切协同， 若在这种模式下完成动目标的检测和跟踪， 整体性不强， 且设备体积大， 数据传输也会影响实时性。 [0006]本发明人针对上面存在的问题， 特提出本发明。 发明内容 [0007]本发明的目的在于提供一种星载动目标检测跟踪地面演示验证系统， 以解决现有 技术中存在的上述问题中的最少一种。 [0008]本发明的发明思路是： 1、 综合考虑直观性和成本， 采用云 台方式进行姿态模拟， 将 目标检测跟踪板部署在云台上， 完成系统的模拟； 2、 通过载荷处理部 分完成控制量的计算， 再由姿态控制系统进 行实时控制， 可以有效减少接口数据交互， 降低姿控计算机压力； 3、 在 地面验证系统时就将目标检测/跟踪功能和姿态控制功能集成到了一个FPGA(Field   Programmable  Gate Array‑现场可编程门阵列)中， 利用FPGA 硬件实现目标检测跟踪， 利用 其自带的SOPC(System  on Programmable  Chip， 可编程片上系统)软核实现控制算法计算， 可以与目标检测模块高度集 成， 不需要独立的处理器， 接口为内部接口， 能够有效简化系统 设计。 [0009]基于上述的发明思路， 本发明的技术方案是： 一种星载动目标检测跟踪地面演示 验证系统， 包括摄像头、 FPGA开发板和云台， 所述摄像头通过CMOS接口连接到FPGA开发板， 摄像头与FPGA开发板一起固定在云台上， 云台与FPGA开发板上的UART接口相连； 本系统将 目标检测功能和姿态控制功能集成到一片FPGA中， 所述FPGA 开发板通过调整云台的姿态带说　明　书 1/5 页 3 CN 115190238 A 3