AVT21自动视频跟踪模块 | | 产品概述 作者：上海凯视力成信息科技有限公司 |
AVT21是一款高性能小尺寸低功耗的嵌入式自动视频跟踪模块，该模块提供了目标捕捉、自动跟踪、平台控制、电子稳像、图像缩放平移旋转、OSD等强大功能，解决了光电跟踪系统所需要的各种算法和技术问题，从而大大缩短了光电跟踪系统的研制周期，并使系统性能大大提升。
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典型应用方案示意图1，用户使用自行设计的嵌入式主控模块 + AVT21，构建自动视频跟踪系统。
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典型应用方案示意图2，用户使用VTC81 + AVT21，构建自动视频跟踪系统。
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典型应用方案示意图3，用户使用PC机 + AVT21，快速构建自动视频跟踪系统。
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| 关键特征 | - 突破传统的视频目标取差器的设计理念，融合捕获和自动跟踪两种模式下的平台运动控制、传感器视场和指向等诸多信息对目标运动加以预测，使得跟踪更加可靠平稳，并具有良好的普适性。因此，AVT21不是单纯的视频目标取差器，而是一个完整的自动视频跟踪系统解决方案。
- 内置多种图像增强预处理算法：白热、黑热、双极性、移动目标检测等。
- 视频捕获：可根据目标的亮度、尺寸、外形比例、速度、运动方向等自动获取目标。
- 视频跟踪：内置多种跟踪算法且支持多目标检测和多目标跟踪；目标短暂丢失智能锁定和重捕获算法。
- 可编程两轴平台驱动控制（PID）；支持速率和位置控制。
- 算法的FPGA实现，使得模块具有极低的延迟：输出偏差或平台运动参数延迟小于1场时间（PAL一场时间是20ms、NTSC为16.7ms），可同步输出，也可即时输出。
- 图像处理功能：基于场景锁定的极低延迟实时电子稳像。
- OSD功能，支持标准的和用户自定义的字符和符号，如：跟踪窗口、符号标记、瞄准线、状态等等。
- 图像平移、缩放和旋转功能，以纠正传感器安装位置对视频的影响。
- 支持固定视场、可切换视场、连续变化（ZOOM）视场的摄像机，从而实现在自动跟踪状态下可以进行视场改变或切换操作，并保持跟踪不会因此而中断。
- 结构紧凑、功耗低。
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自动获取目标
可根据目标的亮度、尺寸、外形比例、速度、运动方向等自动获取目标。
跟踪算法 - 质心跟踪算法：这种跟踪方式用于跟踪有界目标，且目标与环境相比有明显不同灰度等级，如空中飞机等。目标完全包含在镜头视场范围内。
- 相关跟踪算法：相关可用来跟踪多种类型的目标，当跟踪目标无边界且动态不是很强时这种方式非常有效。典型应用于：目标在近距离的范围，且目标扩展到镜头视场范围外，如航行在大海中的一艘船。
- 相位相关算法：相位相关算法是非常通用的算法，既可以用来跟踪无界目标也可以用来跟踪有界目标。在复杂环境下（如地面的汽车）能给出一个好的效果。
- 多目标跟踪算法：多目标跟踪用于有界目标如飞机、地面汽车等。它们完全在跟踪窗口内。对复杂环境里的小目标跟踪，本算法能给出一个较好的性能。
- 边缘跟踪算法：当跟踪目标有一个或多个确定的边缘而同时却又具有不确定的边缘，这时边缘跟踪是最有效的算法。典型如火箭发射，它有确定好的前边缘，但尾边缘由于喷气而不定。
- 场景锁定算法：该算法专门用于复杂场景的跟踪。适合于空对地和地对地场景。这个算法跟踪场景中的多个目标，然后依据每个点的运动，从而估计整个场景全局运动，场景中的目标和定位是自动选择的。当存在跟踪点移动到摄像机视场外时，新的跟踪点能自动被标识。瞄准点初始化到场景中的某个点，跟踪启动，同时定位瞄准线。在这种模式下，能连续跟踪和报告场景里的目标的位置。
- 组合跟踪算法：顾名思义这种跟踪方式是两种具有互补特性的跟踪算法的组合：相关类算法 + 质心类算法。它适合于目标尺寸、表面、特征改变很大的场景。
低延迟
目标偏差或平台控制信息的输出于实时视频的延迟时间小于或等于1场时间（PAL制场周期是20ms、NTSC制场周期是16.7ms），这种极低的延迟，使得控制系统的带宽大大提高，提高系统的跟踪精度和稳定性。偏差信息或平台控制信息的输出可以有两种方式：
- 在视频消隐期同步输出。
- 计算获得偏差信息或平台控制信息后立刻输出。
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多目标跟踪
多目标跟踪算法可以跟踪多于一个的目标，算法在跟踪窗口范围内，区分分离的目标，可跟踪多达5个目标，目标的瞄准点是主要目标的质心，它通过捕获目标符号来标识，次要目标使用检测目标标记来标识。
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不同类型摄像机支持
典型视频跟踪系统的镜头可能是：热成像传感器（它带有一个或多个固定视场）、带ZOOM镜头的彩色CCD摄像机，或窄视场摄像机（一般用于定点观察）。对于使用可变视场的多摄像机系统，AVT21提供了强大的支持，能实现视场变化时自动适应摄像机特性的变化，并保持视场和摄像机的切换不中断自动跟踪。
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平台控制
AVT21控制平台运动有两种模式：捕获模式（也即手动控制平台）和自动跟踪模式。
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捕获模式下的平台运动参数计算主要包括：对来自操作手柄的运动数据进行死区、增益、操控特性形状化等处理。
跟踪模式下的平台运动参数计算主要包括：对目标偏差数据进行视场补偿、增益调整、积分处理等。
平台运动控制算法是对来自两种模式的运动需求，通过PID算法，以及平台死区和饱和控制，最终形成平台运动参数（速度、方向）的输出。
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电子稳像
很多情况下，摄像机安装在不稳定的平台上，如飞机、车、船等使用环境。且为了进行远距离观察，往往镜头视场小，这种情况下，轻微的机械振动会引起视频比较大的抖动，从而影响视频观察探测，AVT21使用场景锁定算法精确地测量场景的全局运动，实现电子稳像功能。
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视频旋转缩放平移
图像旋转缩放平移用于补偿摄像机的安装位置，或者放大图像。例如安装在平台上的摄像机由于安装造成图像颠倒等。这时就可以使用这个功能把图像旋转180度就可以获得符合习惯的图像。
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OSD
功能强大的OSD除了支持AVT21自身的一些状态条、跟踪窗口、靶心、目标标记等等信息外，还支持用户自定义的文本、图形和符号等的输出。OSD可以很方便地进行消隐和显示控制。
有4个绘图平面：跟踪器文本、跟踪器符号、用户符号平面1、用户符号平面
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工具软件
AVT21配置工具程序:用于对AVT21的工作方式进行配置，运行在PC+Windows环境，可灵活方便地对AVT21的各种工作参数进行配置，配置结束后，可将配置参数存储在AVT21中，AVT21每次上电启动的时候，均会自动加载此配置参数，并以此配置参数运行，这样AVT就成为适应于特定应用需求的专用自动视频跟踪器了。
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基于PC的AVT21跟踪控制演示程序:基于这个软件，再加上AVT21，就可以快速构建一个PC + AVT21的自动视频跟踪系统。
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应用实例
机载光电观瞄系统
车载光电跟踪系统
舰船光电跟踪系统
火箭发射、飞机起降自动视频跟踪系统
边防监视跟踪系统
其它应用场合的自动视频跟踪系统
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