KR20240000519A - target tracking system - Google Patents
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Abstract
타겟을 추적하는 시스템 및 방법. 이미징 시스템은 표적의 복수의 이미지를 연속적으로 캡처합니다. 중심 추적기는 이미지로부터 클러터 및 노이즈를 필터링하고, 타겟의 중심을 결정하고, 이미지에 기초하여 타겟의 복수의 순환 레퍼런스 이미지를 생성한다. 상관기 추적기는 표적의 연속 이미지 또는 순환 레퍼런스 이미지 사이의 시프트을 결정하고 타겟 추적 시스템이 타겟을 조준키도록 오프셋을 생성한다. 시스템은 각 추적기의 장애를 모니터링하고 장해가 검출되면 하나의 추적기로만 회귀하도록 중심 추적기와 상관기 추적기를 동시에 실행한다.Systems and methods for tracking targets. The imaging system continuously captures multiple images of the target. The centroid tracker filters clutter and noise from the image, determines the center of the target, and generates a plurality of circular reference images of the target based on the image. The correlator tracker determines the shift between successive or rotating reference images of the target and generates an offset to enable the target tracking system to aim at the target. The system runs the central and correlator trackers simultaneously to monitor each tracker for failures and reverts to only one tracker when a failure is detected.
Description
본 발명은 고에너지 레이저(HEL) 시스템을 사용하여 객체 검출과 관련되고 특히 타겟 타겟팅화 시스템과 관련된다.The present invention relates to object detection using high energy laser (HEL) systems and in particular to target targeting systems.
고에너지 레이저(HEL) 무기 시스템(weapons systems)은 레이저 빔(laser beam)을 타겟에 정확하게 조준(point)하기 위한 정밀 추적 시스템(fine tracking system)이 필요하다. 자동으로 또는 오퍼레이터의 도움을 받아 짐벌 센서(gimbaled sensor) 주변의 추적 루프를 닫아 정밀 추적 시스템에 신호를 보내고 지시하도록 타겟을 획득하고 추적하려면 광역 중적외선 카메라 시스템(wide area medium infrared camera system)이 필요하다. 광역 카메라 시야는 다른 관심 타겟을 포함하고, 크기가 작은 경우(박격포 및 UAS의 경우) 어수선한 배경으로 가려지고, 다양한 조명 조건으로 처리한다. 광역 추적 시스템(wide area tracking system)은, HEL 교전 중에, 재획득, 전투 손상 평가 및 주 타겟이 파괴된 후 다른 타겟의 획득을 위해 지속적으로 추적(track)해야 한다. 추적 하에 있는 타겟은 기동하고, HEL 빔 가열 효과(beam heating effect)를 방출하고, 다양한 조명을 가지며, 부서진다.High-energy laser (HEL) weapons systems require a fine tracking system to accurately point the laser beam to the target. A wide area medium infrared camera system is required to acquire and track targets, either automatically or with operator assistance, by closing the tracking loop around a gimbaled sensor to signal and direct the precision tracking system. do. The wide-area camera field of view includes other targets of interest, is small in size (in the case of mortars and UAS), obscured by cluttered backgrounds, and handles various lighting conditions. A wide area tracking system must continuously track during HEL engagements for reacquisition, battle damage assessment, and acquisition of other targets after the primary target is destroyed. Targets under tracking maneuver, emit a HEL beam heating effect, have variable lighting, and break apart.
현재 적외선(IR) 및 가시광선 추적 알고리즘과 시스템은 타겟의 개방 루프 또는 폐쇄 루프 추적을 위해 설계되었지만 HEL 임무 요구 사항에는 적합하지 않다. 예를 들어, 타겟이 가열되는 동안, 이미지 아티팩트가 나타나 컴퓨터 비전 및/또는 기존 상관관계 추적기 기술(correlation tracker techniques)에 영향을 미치는 타겟 모양을 모호하게 만든다. 이러한 추적기(trackers)는 여러 타겟에 대한 추적을 제공하지만, 파괴 중 분리되어 이동하여 타겟 잠금 해제(target break lock)되는 경우 공간적으로 분리되는 타겟의 여러 조각을 추적하지 않는다. 이로 인해 타겟에 대한 손상을 정확하게 평가하는 것이 불가능하다. 따라서 이러한 추적기는 일반적으로 타겟을 추적하도록 설계되었지만, 전투 손상이나 타겟 사살을 표시할 수 있는 방식으로 타겟을 추적하도록 구비되어 있지 않다.Current infrared (IR) and visible tracking algorithms and systems are designed for open- or closed-loop tracking of targets, but are not suitable for HEL mission requirements. For example, while a target is heating, image artifacts appear, obscuring the target shape affecting computer vision and/or traditional correlation tracker techniques. These trackers provide tracking for multiple targets, but do not track multiple pieces of a target that are spatially separated if they move separately during destruction and result in a target break lock. This makes it impossible to accurately assess damage to the target. Therefore, these trackers are generally designed to track targets, but are not equipped to track targets in a way that can indicate combat damage or target kills.
또한, 로켓이나 박격포와 같이 빠르게 움직이는 타겟과 교전하려면 HEL 무기 시스템이 HEL 빔을 조준하도록 타겟 목표점(target aimpoint)을 자동으로 획득, 추적 및 제공해야 한다. 추적 하에 있는 타겟은 상대적으로 고정되어 있거나 어수선한 배경에서 기동하고, HEL 빔 가열 효과를 방출하고, 수동적으로 또는 능동 조명기(illuminator)에서 다양한 조명을 가지며, 이 모든 것은 잠금 해제 추적(track break lock)을 유발하는 상관관계에 사용되는 타겟 서명(target signature)에 부정적인 영향을 통합하여 상관관계 추적기(correlation tracker) 성능에 영향을 미친다. 박격포와 로켓의 경우 타겟을 추적하는 것은, 더 큰 타겟 크기(target dimensions)가 필요한 기존 컴퓨터 비전 기술의 사용을 제한하는, 주어진 픽셀 크기에서 매우 작을 수 있다. 가장 중요한 것은, 타겟이 HEL 효과로 인해 뜨거워지면, 타겟의 핫스팟(hot spot)은 기존 추적 기술이 타겟 특징에 대한 잠금을 잃고 추적 드리프트(track drift) 및 궁극적으로 타겟 목표점에 대한 잠금 해제를 유발하는 HEL 빔에 의해 생성된 핫스팟을 추적하게 만들 것이다.Additionally, engaging fast-moving targets such as rockets or mortars requires the HEL weapon system to automatically acquire, track, and provide a target aimpoint to aim the HEL beam. Targets under tracking can be relatively stationary or maneuver against cluttered backgrounds, emit HEL beam heating effects, and have variable illumination, either passively or from active illuminators, all while maintaining a track break lock. Affects correlation tracker performance by incorporating negative effects on the target signature used for the correlations it induces. For mortars and rockets, tracking targets can be very small for a given pixel size, limiting the use of existing computer vision techniques that require larger target dimensions. Most importantly, when a target becomes hot due to the HEL effect, hot spots on the target cause traditional tracking techniques to lose lock on target features, causing track drift and ultimately unlocking of the target point. This will allow us to track hotspots created by HEL beams.
현재의 반능동 또는 수동 타겟 이미징 추적기(semi-active or passive target imaging trackers)는 통합 또는 고정 타겟 레퍼런스에 대한 프레임 간 상관관계를 기반으로 하며 어수선한 배경 및 타겟 측면 변경(target aspect change)에서 추적 잠금을 해제한다. 잠금 해제(Break Lock)는, 손상된 타겟 정보를, 타겟과 레퍼런스 사이의 상관관계 측정을 손상시키는, 통합 타겟 레퍼런스로 피드백하는 것으로부터 발생한다. 타겟 레퍼런스 업데이트의 부정적인 영향을 완화하기 위한 일부 접근 방식은, 레퍼런스에 통합하기 전에 타겟의 SNR 기반 임계값 뿐만 아니라 (CV) 기술을 사용하여 이미지로부터 타겟의 회전 및 크기를 추정하는 방법을 포함한다. 대부분의 CV는 작은 타겟 및 역학 강도 변화에 적합하지 않으며, 잠금 해제 추적(track break lock) 및 손상된 추정 추적(corrupted track estimate)을 유발한다.Current semi-active or passive target imaging trackers are based on frame-to-frame correlation to an integrated or fixed target reference and provide tracking lock against cluttered backgrounds and target aspect changes. Release. Break locks result from feeding corrupted target information back to the integrated target reference, impairing correlation measurements between the target and the reference. Some approaches to mitigate the negative effects of target reference updates include estimating the rotation and size of the target from the image using (CV) techniques as well as SNR-based thresholding of the target before integration into the reference. Most CVs are unsuitable for small targets and dynamic strength changes, resulting in track break locks and corrupted track estimates.
또한, HEL 가열로 인해 추적 타겟 위치(track target position)를 바이어스하고, 추적기로 하여금 잠금 목표점 특징(lock aimpoint features)을 잃게 하여 추적된 위치가 타겟에서 벗어나게 함으로써 타겟의 핫스팟에서 잠금 해제가 발생한다. 다른 사람들은 이미지에서 핫스팟을 제거하거나 타겟의 예상 핫스팟 근처에 있지 않은 타겟의 추적 위치를 찾아 이 문제를 해결하려고 시도했다. 이미지의 핫스팟을 제거하는 접근 방식은, 핫스팟 크기 증가 및 강도 증가 또는 동적 범위 압축 및 강도 증가로 인한 채도와 같은 시간적 효과를 설명하지 않으며, 이 모두는 추적점 손상 및 잠금 해제를 유발한다. 핫스팟에서 오프셋된 타겟 특징들을 활용하는 접근 방식은 제한적이며 위치 및 SNR이 일관되지 않아 HEL 가열 중에 브레이크 잠금이 발생할 수 있다. Additionally, unlocking occurs at the target's hotspot as HEL heating biases the track target position and causes the tracker to lose its lock aimpoint features, causing the tracked position to deviate from the target. Others have attempted to solve this problem by removing hotspots from the image or finding the target's tracking location that is not near the target's expected hotspot. Approaches to remove hotspots from images do not account for temporal effects such as saturation due to increased hotspot size and intensity or dynamic range compression and intensity increase, all of which cause trace point corruption and unlocking. Approaches utilizing offset target features at hotspots are limited and may result in inconsistent location and SNR, resulting in break-locking during HEL heating.
HEL 무기 시스템은 정밀성(precision)과 초고속 타겟 목표점 추적이 필요하다. 중심 기반 추적 및 상관기 기반 추적을 포함한 정밀성 추적 접근 방식(Precision tracking approaches)은 클러터(clutter) 및 노이즈에 대한 성능과 견고성으로 알려져 있다. 상관관계 추적기는 타겟의 레퍼런스 맵(reference map)과 현재 입력 이미지 간의 시프트(shift)를 추정한다. 이러한 시프트는, 다양한 시스템 레이저 빔 조준(beam pointing) 및 추적 기능(tracking functions)을 위한 필터링 알고리즘에 조준(pointing)을 제공한다. 타겟 맵과 레퍼런스 맵의 상호 상관을 추정하기 위한 가장 효율적인 계산 구현은 2D(FFT)를 사용하여 수행된다. 최첨단 HEL 추적 애플리케이션의 경우 타겟 영역은 일반적으로 배경에서 분리되어 배경 혼란으로 인해 추정치가 손상되는 것을 줄인다. 타겟의 크기와 모양은 교전 기간 동안 변경될 수 있다. 구현에 사용되는 2D FFT 크기는 고속 이미지 추적 및 후속 레이저 빔 조준을 위한 계산 시간과 대기 시간을 최소화하기 위해 타겟 크기에 맞게 조정되어야 한다. FFT 상관기(correlator)는 처리가 제한된 실시간 장치에서 매우 높은 실행(프레임) 속도로 2D FFT 작업을 실시간으로 실행해야 한다. 추가 실행 시간은 알고리즘 처리 타임라인에 영향을 미치고 추적 임무를 방해한다.HEL weapon systems require precision and ultra-fast target point tracking. Precision tracking approaches, including centroid-based tracking and correlator-based tracking, are known for their performance and robustness to clutter and noise. The correlation tracker estimates the shift between the target's reference map and the current input image. This shift provides pointing to filtering algorithms for various system laser beam pointing and tracking functions. The most efficient computational implementation for estimating the cross-correlation of target and reference maps is performed using 2D (FFT). For state-of-the-art HEL tracking applications, the target region is typically separated from the background to reduce estimates from being corrupted by background clutter. The size and shape of the target may change during the engagement. The 2D FFT size used in the implementation should be tailored to the target size to minimize computation time and latency for high-speed image tracking and subsequent laser beam collimation. FFT correlators must execute 2D FFT operations in real time at very high execution (frame) rates on real-time devices with limited processing. The additional execution time impacts the algorithm processing timeline and hinders the tracking mission.
이전 시도에서는 크기가 변경되는 2D FFT 계획을 실시간으로 생성하는 데 따른 실행 시간 단축을 피할 수 없는 비용으로 받아들이거나 계획 생성 비용을 최소화하기 위해 최적이 아닌 예측 계획 크기를 선택했다. 다른 접근법은 모든 유입 신호 크기(incoming signal sizes)를 포괄하는 대형 FFT를 생성하며 결과는 실행 후 추출된다. 또 다른 시도에서는 추측을 바탕으로 일련의 계획을 만들고 최적의 크기나 실행을 보장하지 않고 가장 가까운 계획을 선택했다. 마지막으로, 접근 방식에서는 노이즈와 클러터에 민감한 타겟의 이진 또는 임계값 표현을 사용하여 상관기(correlator)의 계산 부하를 줄였다.In previous attempts, the reduced execution time of generating 2D FFT plans of varying sizes in real time was accepted as an unavoidable cost, or suboptimal prediction plan sizes were selected to minimize plan generation costs. Another approach generates a large FFT covering all incoming signal sizes, and the results are extracted after execution. Another attempt created a series of plans based on guesses and selected the closest plan without guaranteeing optimal size or execution. Finally, the approach reduces the computational load of the correlator by using a binary or threshold representation of the target that is sensitive to noise and clutter.
적어도 하나의 측면에서, 본 기술은 타겟을 추적하는 타겟 추적 시스템(target tracking system)에 관한 것이다. 시스템은 타겟(target)의 복수의 이미지를 연속적으로 캡처하도록 구성된 적어도 하나의 이미징 시스템(imaging system)을 포함한다. 시스템은 이미지로부터 클러터 및 노이즈를 필터링하고, 타겟의 중심(centroid)을 결정하고, 이미지에 기초하여 타겟의 복수의 순환 레퍼런스 이미지(recursive reference images)를 생성하기 위해 제1 추적기 모드(first tracker mode)를 실행하도록 구성된 중심 추적기(centroid tracker)를 포함한다. 시스템은 타겟의 연속적인 이미지 사이의 시프트를 결정하고 타겟 추적 시스템을 타겟에 조준을 위한 오프셋을 생성하기 위해 제2 추적기 모드(second tracker mode)를 실행하도록 구성된 상관기 추적기(correlator tracker)를 포함한다. 상관기 추적기는 제1 추적기 모드가 실행 중일 때 순환 레퍼런스 이미지를 활용한다. 시스템은 제1 추적기 모드와 제2 추적기 모드를 동시에 실행하고, 추적기 모드의 장애(failure) 여부를 모니터링하여 타겟을 추적하도록 구성된다. 추적기 모드 중 하나에서 장애가 검출되면 시스템은 장애가 검출되지 않은 추적기 모드만 실행한다.In at least one aspect, the present technology relates to a target tracking system that tracks a target. The system includes at least one imaging system configured to continuously capture a plurality of images of a target. The system operates in a first tracker mode to filter clutter and noise from the image, determine the centroid of the target, and generate a plurality of recursive reference images of the target based on the image. ) and a centroid tracker configured to run. The system includes a correlator tracker configured to execute a second tracker mode to determine the shift between successive images of the target and generate an offset for aiming the target tracking system at the target. The correlator tracker utilizes a circular reference image when the first tracker mode is running. The system is configured to execute the first tracker mode and the second tracker mode simultaneously and track the target by monitoring whether the tracker mode fails. If a failure is detected in one of the tracker modes, the system executes only the tracker mode in which no fault was detected.
일부 실시예에서, 시스템은 고에너지 레이저(HEL) 조정 모듈(high energy laser (HEL) adjustment module)을 포함한다. HEL 조정 모듈은 두 개의 스테이지(stages)를 실행하도록 구성된다. 제1 스테이지에서는 가열 효과(heating effect)로 인한 이미지 내 타겟의 공간 패턴 내 강도 변화를 검출하여 HEL 영향 영역을 식별한다. 강도 변화가 검출된 후, 제2 스테이지에서는 HEL 조정(adjustment)을 켜서 이미지 내 타겟의 공간 패턴 내에서 가열 효과를 제거한다. 일부 경우에, HEL 조정이 켜져 있을 때, 시스템이 HEL 영향 지역 내에 있지 않은 타겟 영역만을 사용하여 타겟을 추적하도록 추가로 구성된다. 일부 실시예에서, 시스템은 HEL 영향 영역에 기초하여 순환 레퍼런스 이미지를 업데이트하도록 추가로 구성된다. 일부 경우에, HEL 조정 모듈(adjustment module)이 켜져 있을 때, 시스템이 이미지 내 타겟의 피크 강도(peak intensity)를 지속적으로 모니터링하고 이미지 내 타겟의 피크 강도를 기반으로 시스템 파라미터를 업데이트하도록 구성된다. 일부 실시예에서, HEL 조정 모듈이 켜져 있을 때, 이미징 시스템은 이미지 내 타겟의 피크 강도를 미리 결정된 범위 내에서 유지하기 위해 이미지 내 타겟의 피크 강도에 기초하여 센서 게인(sensor gains)을 조정하도록 구성된다.In some embodiments, the system includes a high energy laser (HEL) adjustment module. The HEL coordination module is configured to execute two stages. In the first stage, the HEL effect area is identified by detecting intensity changes in the spatial pattern of the target in the image due to the heating effect. After the intensity change is detected, the second stage turns on the HEL adjustment to eliminate heating effects within the spatial pattern of the target in the image. In some cases, when HEL adjustment is turned on, the system is further configured to track the target using only target areas that are not within the HEL influence area. In some embodiments, the system is further configured to update the circular reference image based on the HEL area of influence. In some cases, when the HEL adjustment module is turned on, the system is configured to continuously monitor the peak intensity of the target in the image and update system parameters based on the peak intensity of the target in the image. In some embodiments, when the HEL adjustment module is turned on, the imaging system is configured to adjust sensor gains based on the peak intensity of the target in the image to maintain the peak intensity of the target in the image within a predetermined range. do.
일부 실시예에서, 상관관계 추적기(correlation tracker)는 중심 추적기의 속도에 비해 비교적 빠른 속도로 실행된다. 일부 경우에, 시스템은 상관기 추적기(correlator tracker) 및 중심 추적기의 데이터를 융합하여 타겟의 현재 상태를 추정하도록 구성된 타겟 상태 추정기(target state estimator)를 포함한다. 중심 추적기와 상관기 추적기는 이후에 타겟의 추정된 현재 상태에 의존하도록 구성될 수 있다. In some embodiments, the correlation tracker runs at a relatively fast speed compared to the speed of the centroid tracker. In some cases, the system includes a target state estimator configured to fuse data from the correlator tracker and the centroid tracker to estimate the current state of the target. The centroid tracker and correlator tracker can then be configured to depend on the estimated current state of the target.
일부 실시예에서, 시스템은 타겟의 불규칙한 움직임을 확인하고 타겟에 대한 목표점(aimpoint)을 결정하도록 구성된 시선 관리자(line-of-sight manager)를 포함한다. 제1 추적기 모드와 제2 추적기 모드가 동작할 때, 목표점은 상관기 추적기의 시프트와 HEL 모듈의 업데이트에 의해 조정된 중심 추적기의 중심 위치를 기반으로 한다. 시스템은 또한 HEL을 포함할 수 있으며, 시선 관리자는 HEL을 조준하기 위한 목표점에 대한 제2 오프셋(second offset)을 결정하도록 구성될 수 있다. 그런 다음 시스템은 제2 오프셋과 목표점을 기반으로 타겟에 HEL을 조준(point)할 수 있다.In some embodiments, the system includes a line-of-sight manager configured to identify irregular movements of the target and determine an aimpoint for the target. When the first tracker mode and the second tracker mode operate, the target point is based on the centroid position of the centroid tracker adjusted by the shift of the correlator tracker and the update of the HEL module. The system may also include a HEL, and the line-of-sight manager may be configured to determine a second offset relative to the target point for aiming the HEL. The system can then point the HEL to the target based on the second offset and target point.
일부 실시예에서, 시스템은 시스템이 타겟을 찾는 이미지 내의 경계를 설정하는 게이트를 활용한다. 시스템은 연속적인 순환 레퍼런스 이미지 간의 시프트를 기반으로 게이트 크기를 지속적으로 조정할 수 있다. 일부 경우에, 게이트가 두 개의 개의 동심원 영역(concentric areas)으로 구성된다. 제1 동심 영역(first concentric area)은 타겟 위치(target position)를 결정하는 데 사용되는 타겟 크기의 추정 범위 주변의 버퍼(buffer)이다. 제2 동심 영역(second concentric area)은 제1 동심 영역 주위의 고리(annulus)이다. 시스템은 제2 동심 영역을 기반으로 배경을 추정할 수 있다.In some embodiments, the system utilizes gates to set boundaries within the image where the system searches for a target. The system can continuously adjust the gate size based on shifts between successive cyclic reference images. In some cases, the gate consists of two concentric areas. The first concentric area is a buffer around the estimated target size range used to determine the target position. The second concentric area is an annulus around the first concentric area. The system may estimate the background based on the second concentric region.
적어도 하나의 측면에서, 본 기술은 타겟 추적 시스템을 이용하여 타겟을 추적하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 적어도 하나의 이미징 시스템을 사용하여 타겟의 복수의 이미지를 연속적으로 캡처하는(capturing) 단계를 포함한다. 방법은, 중심 추적기를 사용하여 제1 추적기 모드를 실행하는 단계를 포함하며, 제1 추적기 모드는 이미지로부터 클러터(clutter) 및 노이즈를 필터링하고, 타겟의 중심을 결정하고, 이미지에 기초하여 타겟의 복수의 순환 레퍼런스 이미지를 생성하는 것을 포함한다. 방법은 또한 상관기 추적기를 사용하여 제2 추적기 모드를 실행하는 단계를 포함하며, 제2 추적기 모드는 타겟의 연속적인 이미지 사이의 시프트를 결정하고 타겟에 타겟 추적 시스템을 조준하기 위한 오프셋을 생성하는 것을 포함하며, 상관기 추적기는 제1 추적기 모드가 실행 중일 때 순환 레퍼런스 이미지를 활용한다. 마지막으로, 방법은 제1 추적기 모드와 제2 추적기 모드를 동시에 실행하여 시스템으로 타겟을 추적하는(tracking) 단계 및 장애에 대한 추적기 모드를 모니터링하는 단계, 및 추적기 모드 중 하나에서 장애가 검출되면, 장애가 검출되지 않은 추적기 모드만 실행하는(running) 단계를 포함한다.In at least one aspect, the present technology relates to a method of tracking a target using a target tracking system. The method includes sequentially capturing a plurality of images of the target using at least one imaging system. The method includes executing a first tracker mode using a centroid tracker, wherein the first tracker mode filters out clutter and noise from the image, determines the centroid of the target, and determines the target based on the image. It includes generating a plurality of circular reference images. The method also includes executing a second tracker mode using the correlator tracker, wherein the second tracker mode determines the shift between successive images of the target and generates an offset for aiming the target tracking system at the target. and wherein the correlator tracker utilizes a circular reference image when the first tracker mode is executing. Finally, the method includes running the first tracker mode and the second tracker mode simultaneously to track the target with the system and monitoring the tracker mode for a failure, and if a failure is detected in one of the tracker modes, the failure and running only the undetected tracker mode.
일부 실시예에서, 방법은 고에너지 레이저(HEL) 조정 모듈을 두 개의 스테이지로 실행하는 단계를 포함한다. 제1 스테이지는 HEL 영향 영역을 식별하기 위해 가열 효과로 인한 이미지 내 타겟의 공간 패턴 내 강도 변화를 검출하는 것을 포함한다. 강도 변화가 검출된 후, 제2 스테이지는, 이미지 내 타겟의 공간 패턴 내에서 가열 효과를 제거하기 위해 HEL 조정을 켜는 것을 포함한다. 일부 경우에, HEL 조정을 켠 후, 방법은, HEL 영향 영역 내에 있지 않은 타겟 영역만을 사용하여 타겟을 추적하는 단계를 포함한다. 그런 다음 순환 레퍼런스 이미지는 HEL 영향 영역을 기반으로 업데이트된다. 일부 실시예에서, HEL 조정을 켠 후, 방법은, 이미지 내 타겟의 피크 강도를 지속적으로 모니터링하는 단계 및 이미지 내 타겟의 피크 강도에 기초하여 시스템의 파라미터를 업데이트하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, HEL 조정을 켠 후, 방법은, 이미지 내 타겟의 피크 강도를 미리 결정된 범위 내로 유지하기 위해 이미지 내 타겟의 피크 강도에 기초하여 이미징 시스템의 센서 게인을 조정하는 단계를 포함한다.In some embodiments, the method includes executing a high energy laser (HEL) steering module in two stages. The first stage involves detecting intensity changes in the spatial pattern of the target within the image due to heating effects to identify HEL impact areas. After the intensity change is detected, the second stage includes turning on the HEL adjustment to eliminate heating effects within the spatial pattern of the target within the image. In some cases, after turning on HEL adjustment, the method includes tracking the target using only target areas that are not within the HEL influence area. The circular reference image is then updated based on the HEL influence area. In some embodiments, after turning on the HEL adjustment, the method includes continuously monitoring the peak intensity of the target in the image and updating parameters of the system based on the peak intensity of the target in the image. In some cases, after turning on the HEL adjustment, the method includes adjusting the sensor gain of the imaging system based on the peak intensity of the target in the image to maintain the peak intensity of the target in the image within a predetermined range.
일부 실시예에서, 상관관계 추적기(correlation tracker)는 중심 추적기의 속도에 비해 비교적 빠른 속도로 실행된다. 방법은 타겟 상태 추정기(target state estimator)로, 상관기 추적기 및 중심 추적기로부터의 데이터를 융합함으로써 타겟의 현재 상태를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 중심 추적기와 상관기 추적기는 이후에 타겟의 추정된 현재 상태에 의존하도록 구성될 수도 있다. In some embodiments, the correlation tracker runs at a relatively fast speed compared to the speed of the centroid tracker. The method may include estimating the current state of the target by fusing data from the correlator tracker and the centroid tracker with a target state estimator. The centroid tracker and correlator tracker may then be configured to depend on the estimated current state of the target.
일부 실시예에서, 방법은 타겟의 불규칙한 움직임(irregular motion)을 확인하는(checking) 단계 및 시선 관리자를 사용하여 타겟에 대한 목표점을 결정하는(determining) 단계를 포함한다. 제1 추적기 모드와 제2 추적기 모드가 동작 중일 때, 목표점은 상관기 추적기의 오프셋과 HEL 모듈의 업데이트에 의해 조정된 중심 추적기의 중심 위치를 기반으로 한다. 방법은, HEL을 목표로하기 위한 목표점(aimpoint)에 대한 제2 오프셋(second offset)을 결정하고, 제2 오프셋 및 목표점에 기초하여 HEL을 타겟에 목표로하는(aiming) 단계를 더 포함할 수 있다. In some embodiments, the method includes checking for irregular motion of the target and determining an aim point for the target using a gaze manager. When the first tracker mode and the second tracker mode are in operation, the target point is based on the offset of the correlator tracker and the centroid position of the centroid tracker adjusted by updates in the HEL module. The method may further include determining a second offset to an aimpoint for targeting the HEL, and aiming the HEL to the target based on the second offset and the aimpoint. there is.
일부 실시예에서, 방법은 시스템이 타겟을 찾는 이미지 내 경계의 윤곽을 나타내는 복수의 게이트를 결정하는 단계를 포함한다. 그런 다음 연속적인 순환 레퍼런스 이미지 간의 시프트에 따라 게이트의 크기가 지속적으로 조정된다. 일부 경우에, 게이트는 두 개의 동심 영역을 포함한다. 제1 동심 영역(first concentric area)은 타겟 위치(target position)를 결정하는 데 사용되는 타겟 크기의 추정 범위 주변의 버퍼(buffer)이다. 제2 동심 영역(second concentric area)은 제1 동심 영역 주위의 고리(annulus)이다. 시스템은 제2 동심 영역을 기반으로 배경을 추정할 수 있다.In some embodiments, the method includes determining a plurality of gates that outline boundaries within an image through which the system locates a target. The gate is then continuously resized according to the shift between successive cyclic reference images. In some cases, the gate includes two concentric regions. The first concentric area is a buffer around the estimated target size range used to determine the target position. The second concentric area is an annulus around the first concentric area. The system may estimate the background based on the second concentric region.
적어도 하나의 측면에서, 본 기술은 ATS 및 FTS를 이용하여 타겟을 추적하기 위한 타겟 추적 시스템(target tracking system)에 관한 것이다. ATS는 타겟의 이미지를 지속적으로 캡처하는 넓은 시야(FOV) 카메라 시스템을 포함한다. ATS는 추적할 타겟을 식별하고 추적할 타겟에 신호를 보내도록 구성된다. FTS는 좁은 FOV 카메라 시스템을 포함한다. FTS는, ATS에 의해 타겟이 신호를 받은 후, 타겟 주위에 좁은 FOV 카메라 시스템의 중심을 지속적으로 다시 지정한다. ATS와 FTS는 각 카메라 시스템에 대한 독립적인 조향 메커니즘(steering mechanism)을 포함한다.In at least one aspect, the present technology relates to a target tracking system for tracking targets using ATS and FTS. ATS includes a wide field of view (FOV) camera system that continuously captures images of the target. The ATS is configured to identify the target to be tracked and send a signal to the target to be tracked. FTS includes a narrow FOV camera system. The FTS continuously re-centers the narrow FOV camera system around the target after the target is signaled by the ATS. ATS and FTS include independent steering mechanisms for each camera system.
일부 실시예에서, 타겟 추적 시스템은 고에너지 레이저(HEL) 추적 시스템이다. ATS는 MWIR 추적기일 수 있고 FTS는 SWIR 추적기일 수 있다. SWIR은 이미지로부터 클러터와 노이즈를 필터링하고, 타겟의 중심을 결정하고, 이미지에 기초하여 타겟의 복수의 순환 레퍼런스 이미지를 생성하도록 구성된 중심 추적기를 포함할 수 있다. SWIR는 타겟의 연속적인 순환 레퍼런스 이미지 간의 시프트를 결정하고 타겟의 목표점에 대한 오프셋을 생성하는 상관기 추적기를 포함할 수도 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 타겟 상태 추정기를 포함할 수 있다. 타겟 상태 추정기는 상관기 추적기, 중심 추적기, MWIR의 데이터를 융합하여 타겟의 현재 상태를 추정하도록 구성될 수 있으며, 추정된 타겟의 현재 상태를 기반으로 순환 레퍼런스 이미지가 업데이트될 수 있다. 일부 경우에, SWIR 추적기는 고속 SWIR 카메라 시스템과 저속 SWIR 카메라 시스템을 포함하고 MWIR 카메라 시스템은 저속 MWIR 카메라 시스템을 포함한다.In some embodiments, the target tracking system is a high energy laser (HEL) tracking system. ATS can be a MWIR tracker and FTS can be a SWIR tracker. The SWIR may include a centroid tracker configured to filter clutter and noise from the image, determine the center of the target, and generate a plurality of circular reference images of the target based on the image. The SWIR may include a correlator tracker that determines the shift between successive circular reference images of the target and generates an offset to the target's point of origin. In some embodiments, the system may include a target state estimator. The target state estimator may be configured to estimate the current state of the target by fusing data from the correlator tracker, centroid tracker, and MWIR, and the circular reference image may be updated based on the estimated current state of the target. In some cases, the SWIR tracker includes a high-speed SWIR camera system and a low-speed SWIR camera system and the MWIR camera system includes a low-speed MWIR camera system.
일부 실시예에서, FTS는, 타겟의 복수의 세그먼트를 포함하는, 타겟의 복수의 특징을 추적하도록 구성된다. 시스템은 HEL 추적 시스템일 수 있으며 HEL 빔을 포함할 수 있다. 그런 다음 시스템은 FTS를 기반으로 HEL 빔을 신호 타겟으로 조준하게 할 수 있다. In some embodiments, the FTS is configured to track multiple characteristics of the target, including multiple segments of the target. The system may be a HEL tracking system and may include a HEL beam. The system can then aim the HEL beam to the signal target based on the FTS.
일부 실시예에서, 시스템은 전투 손상 평가 모드(battle damage assessment mode)를 실행하도록 구성된다. 전투 평가 모드에서, 시스템은, 타겟이 HEL 빔에 맞은 후, 타겟의 운동역학이 타겟의 예상 역학에서 벗어나는 경우를 검출한다. 전투 평가 모드에서, 시스템은 또한 타겟의 하나 이상의 세그먼트가 타겟으로부터 공간적으로 분리되는 시기를 검출하고 타겟 손상(target damage)을 결정한다. 전투 평가 모드에서, 시스템은 결정된 타겟 손상을 기반으로 타겟 손상 평가 지표(target damage assessment indicator)를 제공한다. 일부 경우에서, 시스템은 타겟 손상을 결정하기 위해 HEL 빔이 꺼진 후 타겟을 재평가하도록 구성되며, 타겟 손상은 부분적으로 타겟의 공간적으로 분리된 세그먼트 사이의 거리에 기초한다. 일부 실시예에서, ATS는, 타겟 크기, 타겟 모양, 타겟 속도, 신호 대 노이즈비 및 나타나는 시간의 양을 포함하는, 타겟 특징이 복수의 미리 결정된 기준을 충족할 때 추적을 위해 타겟에 신호를 주도록 구성된다.In some embodiments, the system is configured to execute a battle damage assessment mode. In combat evaluation mode, the system detects instances where the target's kinematics deviate from the target's expected kinetics after the target is hit by the HEL beam. In combat evaluation mode, the system also detects when one or more segments of the target become spatially separated from the target and determine target damage. In combat assessment mode, the system provides a target damage assessment indicator based on the determined target damage. In some cases, the system is configured to reassess the target after the HEL beam is turned off to determine target damage, which is based in part on the distance between spatially separated segments of the target. In some embodiments, the ATS is configured to signal a target for tracking when target characteristics meet a plurality of predetermined criteria, including target size, target shape, target speed, signal-to-noise ratio, and amount of time it appears. It is composed.
적어도 하나의 측면에서, 본 기술은 타겟 추적 시스템을 이용하여 타겟을 추적하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 타겟의 이미지를 지속적으로 캡처하고, 추적할 타겟을 식별하고, 추적할 타겟에 신호를 보내는 넓은 시야(FOV) 카메라 시스템을 포함하는 ATS를 동작시키는(operating) 단계를 포함한다. 방법은, 또한 ATS에 의해 타겟이 신호를 받은 후 좁은 FOV를 타겟 주위로 연속적으로 다시 중심화하기 위해 좁은 FOV 카메라 시스템을 포함하는 FTS를 동작시키는 단계를 포함하며, ATS 및 FTS는 각각의 카메라 시스템에 대한 독립적인 조향 메커니즘을 포함한다.In at least one aspect, the present technology relates to a method of tracking a target using a target tracking system. The method includes operating an ATS that includes a wide field of view (FOV) camera system that continuously captures images of the target, identifies the target to be tracked, and signals the target to be tracked. The method also includes operating an FTS including a narrow FOV camera system to continuously re-center the narrow FOV around the target after the target is signaled by the ATS, wherein the ATS and FTS each have a camera system. Includes an independent steering mechanism.
일부 실시예에서, 타겟 추적 시스템은 고에너지 레이저 HEL 추적 시스템이고, ATS는 MWIR 추적기이고, FTS는 SWIR 추적기이다. 일부 경우에, FTS를 동작시키는 단계는 이미지로부터 클러터와 노이즈를 필터링하고, 타겟의 중심을 결정하고, 이미지에 기초하여 타겟의 복수의 순환 레퍼런스 이미지를 생성하는 중심 추적기를 동작시키는 단계를 포함한다. FTS를 동작시키는 단계는, 또한 타겟의 연속적인 순환 레퍼런스 이미지 사이의 시프트를 결정하고 타겟의 목표점에 대한 오프셋을 생성하기 위해 상관기 추적기를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 상관기 추적기, 중심 추적기 및 MWIR로부터의 데이터를 융합함으로써 타겟 상태 추정기로 타겟의 현재 상태를 추정하는(estimating) 단계를 포함한다. 순환 레퍼런스 이미지는 타겟의 추정된 현재 상태를 기반으로 업데이트될 수 있다. 일부 경우에, SWIR 추적기는 고속 SWIR 카메라 시스템과 저속 SWIR 카메라 시스템을 포함하고, MWIR 카메라 시스템는 저속 MWIR 카메라 시스템을 포함한다.In some embodiments, the target tracking system is a high energy laser HEL tracking system, the ATS is a MWIR tracker, and the FTS is a SWIR tracker. In some cases, operating the FTS includes operating a centroid tracker to filter out clutter and noise from the image, determine the center of the target, and generate a plurality of circular reference images of the target based on the image. . Operating the FTS may also include operating a correlator tracker to determine the shift between successive cyclic reference images of the target and generate an offset relative to the target's endpoint. In some embodiments, the method includes estimating the current state of the target with a target state estimator by fusing data from the correlator tracker, centroid tracker, and MWIR. The circular reference image may be updated based on the estimated current state of the target. In some cases, the SWIR tracker includes a high-speed SWIR camera system and a low-speed SWIR camera system, and the MWIR camera system includes a low-speed MWIR camera system.
일부 실시예에서, 방법은 타겟의 복수의 세그먼트를 포함하는 타겟의 복수의 특징을 FTS로 추적하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 시스템은 HEL 빔을 포함하는 HEL 추적 시스템이다. 방법은, SWIR 추적기에 기초하여, 타겟에 신호를 보낸 후, 타겟에 HEL 빔을 조준하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법은 전투 손상 평가 모드에서 시스템을 실행하는 단계를 포함한다. 전투 손상 평가 모드에서, 방법은, 타겟이 HEL 빔에 맞은 후, 타겟의 운동역학이 타겟의 예상 역학에서 벗어나는 경우를 검출하는(detecting) 단계를 포함한다. 전투 손상 평가 모드에서, 방법은 타겟의 하나 이상의 세그먼트가 타겟으로부터 공간적으로 분리되는 때를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 전투 손상 평가 모드에서, 방법은 타겟 손상을 결정하는 단계 및 결정된 타겟 손상을 기반으로 타겟 손상 평가 지표(damage assessment indicator)를 제공한다.In some embodiments, the method includes tracking a plurality of characteristics of the target, including a plurality of segments of the target, with the FTS. In some cases, the system is a HEL tracking system that includes a HEL beam. The method may include sending a signal to the target, based on the SWIR tracker, and then aiming the HEL beam at the target. In some embodiments, the method includes running the system in a combat damage assessment mode. In the combat damage assessment mode, the method includes detecting instances where the target's kinematics deviate from the target's expected kinetics after the target is hit by the HEL beam. In a combat damage assessment mode, the method may include detecting when one or more segments of the target become spatially separated from the target. In combat damage assessment mode, the method includes determining target damage and A target damage assessment indicator is provided based on the determined target damage.
일부 실시예에서, 방법은 HEL 빔을 끄는 단계를 포함한다. HEL 빔이 꺼진 후, 타겟은 타겟 손상을 결정하기 위해 재평가될 수 있고, 타겟 손상은 부분적으로 타겟의 공간적으로 분리된 세그먼트 사이의 거리에 기초한다. 일부 실시예에서, ATS는 타겟 특징이 타겟 크기, 타겟 형상, 타겟 속도, 신호 대 노이즈비 및 나타나는 시간의 양을 포함하는 복수의 미리 결정된 기준을 충족할 때 추적을 위해 타겟에 신호를 보낸다.In some embodiments, the method includes turning off the HEL beam. After the HEL beam is turned off, the target can be reevaluated to determine target damage, which is based in part on the distance between spatially separated segments of the target. In some embodiments, the ATS signals a target for tracking when target features meet a plurality of predetermined criteria including target size, target shape, target speed, signal-to-noise ratio, and amount of time they appear.
개시된 시스템이 속하는 기술 분야의 숙련된 기술자가 만들고 사용하는 방법을 더 쉽게 이해할 수 있도록 다음 도면을 참조할 수 있다.
도 1은 본 기술에 따른 타겟 추적 시스템을 포함하는 타겟 추적 환경의 블록도이다.
도 2는 본 기술에 따른 타겟 추적 시스템에 대한 추적 아키텍처의 블록도이다.
도 3은 도 2의 추적 시스템의 일부로서 획득 추적 센서(acquisition track sensor)(ATS) 추적기에 의해 수행되는 기능의 블록도이다.
도 4는 해당 기술에 따라 ATS 추적기에 의해 생성된 예시적인 이미지이다.
도 5는 본 기술에 따라 타겟 추적 시스템 내에서 FFT를 적응적으로 크기 조정하고 실행하는 프로세스의 블록도이다.
도 6은 도 2의 추적 시스템의 일부로서 ATS 추적기에 의해 수행되는 기능의 블록도이다.To help those skilled in the art to which the disclosed system pertains more easily understand how to make and use it, reference may be made to the following drawings.
1 is a block diagram of a target tracking environment including a target tracking system according to the present technology.
2 is a block diagram of a tracking architecture for a target tracking system according to the present technology.
FIG. 3 is a block diagram of the functions performed by an acquisition track sensor (ATS) tracker as part of the tracking system of FIG. 2.
Figure 4 is an example image generated by an ATS tracker according to the technique.
Figure 5 is a block diagram of the process for adaptively scaling and executing an FFT within a target tracking system in accordance with the present technology.
Figure 6 is a block diagram of the functions performed by the ATS tracker as part of the tracking system of Figure 2.
본 기술은 타겟 검출 시스템과 연관된 많은 선행 기술 문제를 극복한다. 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법의 이점 및 기타 특징은 본 개시의 대표적인 실시예를 설명하는 도면과 함께 특정 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 더 쉽게 명백해질 것이다. 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타내기 위해 본 명세서에서 사용된다. 또한, "상부(upper)", "하부(lower)", "원위(distal)" 및 "근접(proximate)"과 같은 방향을 나타내는 단어는 단지 서로에 대한 구성요소의 위치를 설명하는 데 도움을 주기 위해 사용된다. 예를 들어, 부품의 "상부" 표면은 단지 동일한 부품의 "하부" 표면과 별개의 표면을 설명하기 위한 것이다. 절대 방향을 설명하는 데 방향을 나타내는 단어는 사용되지 않다(예: "상부" 부분이 항상 더 높은 고도에 있어야 함). The present technology overcomes many prior art problems associated with target detection systems. Advantages and other features of the systems and methods disclosed herein will become more readily apparent to those skilled in the art from the following detailed description of certain preferred embodiments, taken together with the drawings illustrating representative embodiments of the present disclosure. Like reference numerals are used herein to indicate like parts. Additionally, directional words such as “upper,” “lower,” “distal,” and “proximate” merely help describe the position of components relative to each other. It is used to give. For example, the “top” surface of a part is merely intended to describe a separate surface from the “bottom” surface of the same part. Directional words are not used to describe absolute direction (e.g., the "upper" part should always be at a higher altitude).
FTS 좁은 시야 카메라(narrow field of view camera)에 신호를 주기 위해 ATS에 자동 큐잉 추적 기능을 제공하는 것 외에도, 여기에 개시된 추적기는 FTS의 검출 시 레이저를 통합한 다중-객체 추적파일(multi-object trackfile), 동일한 타겟과 연관된 일관되고 강력한 추적을 생성하기 위해 FTS 추적기 내의 다중 특징 추적기(multiple feature trackers), 및 정확성과 추적 일관성을 위해 FTS와 ATS 추적 출력을 모두 융합하는 타겟 상태 추정기(target state estimator)를 포함한다. 이 시스템는 게이트 크기 잠금, 시스템 게인 제어 및 알고리즘 처리를 포함하여 ATS의 HEL 방지 추적기 특징을 켜는 모드 선택(mode selection)도 포함한다. 예를 들어 타겟 특징이 HEL 가열 효과로 인해 가려지면 상관관계 전용 추적(correlation only track) 또는 중심 추적으로 전환하는 것이다. 세 번째 특징은 예상 역학에서 타겟 운동역학이 잘못된 경우와 예상치 못한 방식으로 변위되는 측정 특징을 검출하는 전투 손상 평가 모드(battle damage assessment mode)이다. FTS 추적기는 또한 백그라운드에서 지속적으로 실행하고 추적이 손실되면 좁은 시야 추적 센서를 다시 중앙에 놓는다. 이는 전투 손상 평가를 위한 지표(indicator)이기도 하다. 시스템은 타겟의 다양한 세그먼트를 추적하고 타겟의 분리된 세그먼트 사이의 거리를 기반으로 부분적으로 타겟에 대한 손상을 결정할 수 있다. 특히, 본 명세서에서 사용되는 경우, ATS는 단파 적외선 추적기(short-wave infrared tracker)(SWIR)일 수 있는 반면, FTS는 중파 적외선 추적기(medium wave infrared tracker)(MWIR)일 수 있다. 그러나 일부 경우에, ATS 및 FTS는 일반적으로 SWIR 또는 MWIR 외부의 광학 센서의 EM 파장대에서 동작할 수 있다.In addition to providing auto-queuing tracking functionality to the ATS to cue the FTS narrow field of view camera, the tracker disclosed herein is a multi-object tracker that incorporates a laser upon detection of the FTS. trackfile, multiple feature trackers within the FTS tracker to generate consistent and robust tracks associated with the same target, and a target state estimator that fuses both FTS and ATS track outputs for accuracy and tracking consistency. ) includes. The system also includes mode selection to turn on the ATS's anti-HEL tracker features, including gate size locking, system gain control, and algorithm processing. For example, if the target feature is obscured by HEL heating effects, switch to correlation only track or centroid tracking. The third feature is the battle damage assessment mode, which detects cases where target kinematics are incorrect from expected dynamics and measurement features that are displaced in unexpected ways. The FTS tracker also runs continuously in the background and re-centers the narrow field of view tracking sensor when tracking is lost. This is also an indicator for assessing battle damage. The system can track various segments of the target and determine damage to the target in part based on the distance between separate segments of the target. In particular, as used herein, an ATS may be a short-wave infrared tracker (SWIR), while an FTS may be a medium wave infrared tracker (MWIR). However, in some cases, ATS and FTS can operate in the EM wavelength range of optical sensors, typically outside the SWIR or MWIR.
이 시스템은 전투 손상 영향을 평가하기 위해 여러 타겟 대신 타겟의 다양한 특징과 역학을 추적하는 인트라-타겟 추적기(intra-target tracker), 추적 성능을 평가하고 전투 손상 평가를 위한 지표를 제공하기 위해 넓은 시야와 시야 및 좁은 시야 추적 센서 출력을 융합하는 타겟 상태 추정기(target state estimator), 추적기 출력에서 HEL 효과에 더 강한 다양한 추적 기능을 켜고 끄는 기능을 포함하여 레이저 중 HEL 효과의 상태에 따라 추적기 유형을 선택하는 적응형 학습 시스템(adaptive learning system), 및 고정 및 이동 타겟 모두의 배경을 제거하는 적응형 클러터 필터링(adaptive clutter filtering)을 포함한다.The system features an intra-target tracker that tracks various characteristics and dynamics of targets instead of multiple targets to assess combat damage impact, and a wide field of view to evaluate tracking performance and provide metrics for combat damage assessment. A target state estimator that fuses the field-of-view and narrow-field tracking sensor outputs, including the ability to turn on and off various tracking features that are more resistant to HEL effects in the tracker output, selecting the tracker type based on the state of the HEL effect among the lasers. an adaptive learning system that removes the background of both stationary and moving targets, and adaptive clutter filtering that removes the background of both stationary and moving targets.
여기에 개시된 추적기는 두 개의 모드가 동시에 실행되면서 하나가 실패하면 임의의 단일 모드로 회귀하는 상관관계 및 중심 추적 알고리즘을 모두 사용한다. 중심 추적기는 상관관계 추적기의 레퍼런스 템플릿을 반복적으로 업데이트하여 상관관계 추적기 드리프트를 방지하기 위한 타겟 세그먼트(target segmentation)을 지원하는 클러터(clutter) 및 노이즈 필터링 기능(noise filtering)이 모두 있다. 그런 다음 상관관계 추적기는 중심 추적기에 의해 업데이트된 순환 이미지를 사용하여 레이저 빔 조준에 대한 고속 오프셋(high-speed offset)을 제공한다. 순환적 이미지 업데이트는 HEL 가열 효과 완화 및 조명 변화(illumination variations)에 맞게 조정된다. 자동 목표점 선택(Automatic aimpoint selection)은 컴퓨터를 사용하여 목표점 위치 라이브러리에서 얻은 타겟 모양의 일반화된 추정을 기반으로 수행된다.The tracker disclosed herein uses both correlation and centroid tracking algorithms, with two modes running simultaneously and reverting to a random single mode if one fails. The centroid tracker has both clutter and noise filtering to support target segmentation to prevent correlation tracker drift by repeatedly updating the correlation tracker's reference template. The correlation tracker then uses the circular image updated by the centroid tracker to provide a high-speed offset for laser beam aiming. Cyclic image updates adapt to mitigation of HEL heating effects and illumination variations. Automatic aimpoint selection is performed using a computer based on a generalized estimate of the target shape obtained from a library of aim point locations.
본 명세서에 개시된 추적기 시스템은 추적 드리프트를 방지하고 아티팩트(클러터 및 노이즈)로 인한 손실을 추적하기 위한 견고성을 제공하기 위해 인터리브 및 병렬 중심(interleaved 및 parallel centroid), 타겟 레퍼런스(target reference), 고속 상관관계 추적기(high-speed correlation trackers)를 포함하고 모드 중 기본 모드를 선택할 수 있다. 시스템은 시야 내에서 작은 타겟, 큰 타겟, 과도하게 채워진 타겟을 추적한다. 이 시스템은 대역통과 및 공간 노이즈 적응형 필터를 사용한 클러터 및 노이즈 필터링, 적응형 임계값에 대한 배경 통계 추정, 예측된 타겟 역학의 위치 피드백 및 동적으로 업데이트된 공간 타겟 게이트를 활용한다. 이 시스템은 속도가 0이고 움직이는 타겟을 사용한 작업을 다룬다. 반복적 타겟 레퍼런스는 상관관계 추적 및 타겟 기동 및/또는 변경 측면에 대한 목표점을 위해 동적으로 업데이트된다. 시스템은 조명 및 HEL 가열 효과로 인한 강도 변화를 보상하기 위해 상관관계에 사용되는 타겟 마스크 레퍼런스 통합에 대한 자동 게인 학습(automatic gain learning)을 사용한다. 시선 관리자 제어(line-of-sight manager control)는 중심과 상관관계 추적 위치를 최적으로 혼합하고 목표점 오프셋을 통합하며 추적 위치의 오류를 검출한다. 타겟 측면 변화에 대한 저장된 타겟 모델을 요구하지 않고 타겟 특징 추정을 형태학적으로 필터링하여 목표점 추정(Aimpoint estimation)이 수행된다. 타겟 레퍼런스 추적기는 레이저를 조준 상태로 유지하고 잔여 추적기 드리프트(residual tracker drifts)를 최소화하기 위해 타겟 레퍼런스 위치를 중앙에 유지한다.The tracker system disclosed herein is interleaved and parallel centroid, target reference, high speed to prevent tracking drift and provide robustness for tracking loss due to artifacts (clutter and noise). It includes high-speed correlation trackers and allows you to select the default mode among the modes. The system tracks small, large, and overfilled targets within the field of view. The system utilizes clutter and noise filtering using bandpass and spatial noise adaptive filters, background statistics estimation with adaptive thresholding, positional feedback of predicted target dynamics, and dynamically updated spatial target gates. This system handles tasks with zero velocity and moving targets. Recursive target references are dynamically updated for correlation tracking and targeting in terms of target maneuvers and/or changes. The system uses automatic gain learning with target mask reference integration used for correlation to compensate for intensity changes due to lighting and HEL heating effects. Line-of-sight manager control optimally mixes centroid and correlation tracking positions, integrates target point offsets, and detects errors in tracking positions. Aimpoint estimation is performed by morphologically filtering target feature estimates without requiring a stored target model for target side changes. The target reference tracker keeps the laser aimed and the target reference position centered to minimize residual tracker drifts.
여기에 개시된 추적기는 또한 두 개의 스테이지를 활용하는 알고리즘을 적용하여 HEL 가열 효과를 설명한다. 첫 번째는 가열 효과로 인한 강도 변화를 검출하고 HEL이 켜져 있다는 플래그를 시스템과 추적기 알고리즘에 보내는 "HEL ON" 검출기(또는 HEL 검출 모듈(detection module))이다. HEL이 켜져(ON) 있는 것으로 검출되면(즉, HEL 효과가 타겟에서 식별됨) HEL ON 검출기는 이미징 시스템에 알리고, 이미징 시스템은 이 정보를 사용하여 센서 게인을 조정하여 피크 강도와 타겟을 A/D 범위 내로 최대한 오랫동안 유지함으로써 포화 효과(saturation effect)를 최소화할 수 있다. 그런 다음 알고리즘의 제2 부분은 타겟의 HEL 영향 영역을 코어 아웃(cores out)하고 순환 레퍼런스를 포함하여 추적을 위해 HEL이 아닌 가열 타겟을 사용한다. 추적하는 동안 필터링한 후 타겟의 피크 강도는 지속적으로 모니터링되고 추적기 알고리즘 파라미터는 추적기에 대한 잔류 가열 효과를 완화하기 위해 적응적으로 업데이트된다.The tracker disclosed here also accounts for HEL heating effects by applying an algorithm utilizing two stages. The first is the "HEL ON" detector (or HEL detection module), which detects intensity changes due to heating effects and sends a flag to the system and tracker algorithm that HEL is on. When the HEL is detected to be ON (i.e., the HEL effect is identified on the target), the HEL ON detector notifies the imaging system, which uses this information to adjust the sensor gain to adjust the peak intensity and target to A/ The saturation effect can be minimized by maintaining D within the range for as long as possible. The second part of the algorithm then cores out the target's HEL influence area and uses the non-HEL heated target for tracking, including the circular reference. During tracking, the peak intensity of the target after filtering is continuously monitored and the tracker algorithm parameters are adaptively updated to mitigate residual heating effects on the tracker.
따라서 본 기술은, HEL 가열 효과의 존재를 검출하고 그 효과에 저항하도록 추적기 알고리즘 및 시스템 파라미터를 적응적으로 조정하는 프로세스 및/또는 알고리즘을 (시스템 수준 및/또는 알고리즘 수준에서) 통합하는 방법을 포함한다. 추가적으로, 본 명세서에 개시된 시스템은 드리프트 없이 추적을 유지하고 영향을 받지 않는 타겟 특징을 추적함으로써 추적 잠금을 유지하기 위해 타겟 공간 패턴에서 공간 타겟 가열 효과의 제거를 제공하는 적응형 공간 필터링 기술(adaptive spatial filtering techniques)을 제공한다. 적응형 공간 필터링 기술과 HEL 빔의 시간적 검출는 추적을 위한 완전한 폐쇄 루프 HEL 가열 효과 완화 알고리즘 솔루션(complete closed loop HEL heating effects mitigation algorithm solution)을 위해 함께 통합된다.Accordingly, the present technology includes methods for integrating processes and/or algorithms (at the system level and/or algorithm level) that detect the presence of HEL heating effects and adaptively adjust tracker algorithms and system parameters to resist the effects. do. Additionally, the system disclosed herein provides adaptive spatial filtering technology that provides for the removal of spatial target heating effects in the target spatial pattern to maintain tracking without drift and maintain track lock by tracking unaffected target features. filtering techniques). Adaptive spatial filtering technology and temporal detection of the HEL beam are integrated together for a complete closed loop HEL heating effects mitigation algorithm solution for tracking.
또한, 최적화된 FFT 라이브러리는 사전 계산 경로(priori computational path)가 필요하며, 즉, 특정 FFT 작업 및 크기에 대해 최적의 경로를 따르도록 실행 프로필(execution profile), 메모리 레이아웃(memory layout) 및 변환(transforms)의 크기를 포함하는 계획이다. 계획 단계는 프로세스 집약적이며 실시간 루프에서 계획을 수립하는 것은 불가능하다. 이러한 부정적인 영향은 FFT 크기가 프레임 단위로 FFT 상관기 요구 사항에 맞게 변경될 때 증가하며 각 크기 변경에 대해 서로 다른 계획이 필요하다. 또한 작성된 모든 계획을 해체해야 하므로 추가 시간 벌칙이 부과된다. 본 명세서에 개시된 시스템은, 최적의 크기를 철저하게 검색하는 알고리즘을 사용하여 기본 실행 루프에서 가장 적합한 FFT 크기를 자동으로 선택함으로써, 상관기의 실행 시간에 미치는 영향을 최소화하면서 역학 변환 크기에 대한 최적의 2D FFT 계획을 생성하고 사용하는 문제를 해결한다.Additionally, an optimized FFT library requires a priori computational path, that is, an execution profile, memory layout, and transformations to follow the optimal path for a particular FFT task and size. A plan that includes the sizes of transforms. The planning phase is process-intensive and it is impossible to plan in a real-time loop. This negative impact increases when the FFT size is changed on a frame-by-frame basis to match the FFT correlator requirements, and each size change requires different planning. Additionally, any plans created must be dismantled, resulting in an additional time penalty. The system disclosed herein automatically selects the most appropriate FFT size in the main execution loop using an algorithm that exhaustively searches for the optimal size, thereby achieving the optimal size for the dynamics transform size while minimizing the impact on the run time of the correlator. Solve the problem of creating and using 2D FFT plans.
이를 위해 본 기술은 주요 역률(Prime Power Factor)(PPF)와 PO2(Power of 2)를 철저하게 검색하여 모든 크기에 대해 최적 크기의 FFT를 수학적으로 산출하는 알고리즘이 포함한다. 알고리즘은 자동으로 메인 실행 루프를 벗어난 입력 신호의 2차원에 가장 적합한 2D FFT 크기를 선택하고 실시간으로 사용하기 위해 필요한 모든 데이터 구조를 생성한다. 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어를 포함한 모든 2D FFT 구현에 맞게 알고리즘을 조정하고 최적화할 수도 있다. 또한, 알고리즘은 이미지 또는 신호 표현이 다차원으로 확장되는 3D, 4D 및 ND로 확장될 수 있다. 또한, 2D FFT를 자동으로 선택하는 알고리즘은 알려진 바와 같이 2D FFT를 사용하는 다른 알려진 프로세스의 일부로서 적용될 수도 있다. 이 알고리즘은 FFT가 적용되는 다른 환경에서도 사용될 수 있다.To achieve this, the technology includes an algorithm that thoroughly searches the Prime Power Factor (PPF) and Power of 2 (PO2) to mathematically calculate the optimally sized FFT for all sizes. The algorithm automatically selects the best 2D FFT size for the two dimensions of the input signal outside the main execution loop and generates all necessary data structures for real-time use. The algorithm can also be tuned and optimized for any 2D FFT implementation, including hardware, software, and firmware. Additionally, the algorithm can be extended to 3D, 4D and ND where the image or signal representation is extended to multiple dimensions. Additionally, the algorithm for automatically selecting a 2D FFT may also be applied as part of other known processes using 2D FFTs. This algorithm can also be used in other environments where FFT is applied.
이제 도 1을 참조하면, 타겟 추적 환경이 도시된다. 타겟(target)(100)이 타겟 발사 영역(target launch area)(102)에서 발사되고 있다. 타겟(100)은 박격포, 미사일, 드론 등과 같은 군사 타겟 또는 비군사 발사체일 수 있다. 본 명세서의 교시에 따른 HEL 타겟 추적 시스템(HEL target tracking system)(104)은 비행 중에 타겟(100)을 획득하고 HEL 빔을 사용하여 타겟(100)을 손상시키거나 파괴하려고 한다. 본 명세서에 도시되고 아래에 설명된 추적 블록은 타겟의 궤적 동안 타겟(100)을 추적하는 단계를 나타낸다.Referring now to Figure 1, a target tracking environment is depicted. A target 100 is being launched from a target launch area 102. Target 100 may be a military target, such as a mortar, missile, drone, etc., or a non-military projectile. A HEL target tracking system 104 according to the teachings herein seeks to acquire a target 100 in flight and damage or destroy the target 100 using a HEL beam. The tracking blocks shown herein and described below represent the steps of tracking a target 100 during its trajectory.
시스템(system)(104)은 타겟 큐잉 시스템(target cueing system)(106)과 함께 작동하는 빔 제어 시스템(beam control system)(108)을 포함한다. 임의의 주어진 시간에서의 타겟 큐는 외부 소스로부터 추적기 시스템(tracker system)(104)에 주어진 내부 위치 "진실(truth)"의 표현이다. 이는 일회성 업데이트 이벤트일 수도 있고 시스템(104)에 지속적으로 제공될 수도 있다. 따라서, 본 명세서에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 타겟 큐는 타겟 추적을 구축하는 데 의존하는 "진실" 입력(측정 업데이트)으로 사용된다. 다수의 특징이 관찰되고 미리 결정된 타겟 크기, 타겟 모양, 타겟 속도, 신호 대 노이즈비 및 시간(예: 이미지에 나타나는 시간)을 포함하여 미리 결정된 기준을 충족한 후에, 타겟에 신호를 보낼 수 있다. 타겟 큐잉 시스템(106)은 ATS(예를 들어 MWIR) 추적 시스템을 활용할 수 있는 반면 빔 제어 시스템(108)은 아래에서 더 자세히 설명되는 FTS(예를 들어 SWIR) 추적 시스템을 활용할 수 있다. 타겟 큐잉 시스템(106)은, 블록(112)에서 레이더 추적(radar track)(110)으로 타겟 추적을 시작하기 위해 클러터를 거부하고 타겟(100)을 분류하면서, 초기에 타겟(100)을 찾아간다. 빔 제어 시스템(108)으로의 레이더 핸드오버 후에, 빔 제어 시스템(108)은 저대역폭 짐벌 추적(low bandwidth gimbal track)(114)을 시작하고 116에서 넓은 시야(WFOV) 획득 및 추적 센서를 사용하여 타겟(100)을 검출한다. 그 다음, 빔 제어 시스템(beam control system)(108)은 블록(118)에서 타겟을 끌어당겨 중앙에 위치시킨다. 블록(120)에서, 획득 및 추적 센서는 추적을 위한 에지 및 크기 특징을 결정한다.System 104 includes a beam control system 108 that operates in conjunction with a target cueing system 106. The target cue at any given time is a representation of the internal location "truth" given to the tracker system 104 from an external source. This may be a one-time update event or may be provided to system 104 on an ongoing basis. Therefore, as discussed in more detail herein, the target cue is used as the "truth" input (measurement update) upon which to build target tracking. After a number of features are observed and meet predetermined criteria, including predetermined target size, target shape, target speed, signal-to-noise ratio, and time (e.g., time of appearance in the image), the target may be signaled. Target queuing system 106 may utilize an ATS (e.g., MWIR) tracking system, while beam control system 108 may utilize a FTS (e.g., SWIR) tracking system, described in more detail below. The target queuing system 106 initially locates the target 100 while rejecting clutter and classifying the target 100 to begin tracking the target with a radar track 110 at block 112. Goes. After radar handover to beam control system 108, beam control system 108 initiates a low bandwidth gimbal track 114 and uses a wide field of view (WFOV) acquisition and tracking sensor at 116. Detect target 100. Next, the beam control system 108 pulls the target away from the block 118 and centers it. At block 120, the acquisition and tracking sensor determines edge and size features for tracking.
그 다음, 빔 제어 시스템(108)은 고대역폭 정밀성 추적(high bandwidth precision track)(122)을 시작한다. 정밀성 추적(precision track)(122) 동안, 시스템(108)은 정밀 추적 센서(fine tracking sensor)(FTS)를 사용하는 좁은 FOV 추적을 사용한다. 블록(124)에서 빔 제어 시스템(108)은 FTS 이미지 특징, 운동역학, 획득 및 추적 서명(track signature), LOS 기하학을 사용하여 타겟을 분류한다. 블록(128)에서 FTS는 타겟의 중심을 맞추고 타겟 ID를 결정하며 타겟의 목표점을 선택한다. 선택적으로, 블록(130)에서 비콘 조명(Beacon Illuminator)(BIL) 대기 보상이 적용될 수 있다. 마지막 블록(132)에서, 빔 제어 시스템(108)은 결정된 목표점에 기초하여 HEL과 타겟(100)을 결합할 수 있다. 또한, HEL이 타겟(100)과 결합함으로써, 타겟 저크 검출(target jerk detection), FTS 형태 변경 검출, TS 잔해 필드 분리 및 타겟(100)에 대한 HEL 효과에 대한 보상을 포함하는, FTS 목표점 유지 관리가 블록(132)에서 수행될 수 있다. 타겟(100)을 효과적으로 추적하기 위한 시스템(104)의 기능은 본 명세서에서 더 자세히 설명된다. 이제 도 2를 참조하면, 본 기술에 따른 추적 시스템(tracking system)(200)의 아키텍처를 도시하는 블록도가 도시된다. 추적 시스템(200)은 이전에 논의된 시스템(104)에 따라 HEL과 결합하기 위한 타겟을 추적하는 데 사용될 수 있다. 시스템(200)은 타겟 신호 시스템(106)과 유사하게 초기에 타겟을 찾고 발견하는 ATS 추적 시스템(202)을 포함한다. 타겟이 ATS 추적기에 위치되면, ATS 시스템(202)은 짐벌 제어기(gimbal controller)(224)를 사용하여 시스템의 조준점에 타겟의 중심을 맞추게 된다. 추적 및 폐쇄 루프 추적 센서 조준(pointing)은 타겟의 일반적인 위치가 이미 알려져 있기 때문에 상대적으로 작은 시야에서 고속, 정밀성 추적을 위한 추적기인 FTS 또는 SWIR로 전달된다. 정밀한 센서 조준은 FSM 제어기(controller)(246)에 의해 제어된다. 높은-레벨 입력(high-level input)은 FSM 제어기(246)에 제공되며, 이는 높은 속도(수십 킬로 헤르츠)로 시선을 관리한다. FSM 제어기(246)는 고속 FTS 제어기를 통해 타겟 각도 위치를 제공한다. 시스템(200)은 현재 동작 목표(current operation objective)(예를 들어 타겟 제거) 및 특정 교전(particular engagements)에 필요한 다른 빔 디렉터 상태 및 모드에 기초하여 시스템(200)의 액션(action)을 제어하도록 설계된 처리를 포함하는 임무 프로세서 유닛(mission processor unit)(248)을 포함할 수 있다. MPU(248)는 본 명세서에 설명된 ATS 시스템(202) 및 FTS 시스템(204)의 처리 작업을 수행하기 위한 명령들을 실행하도록 구성된 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. Next, the beam control system 108 initiates a high bandwidth precision track 122. During precision track 122, system 108 uses narrow FOV tracking using a fine tracking sensor (FTS). At block 124, the beam control system 108 classifies the target using FTS image features, kinematics, acquisition and track signatures, and LOS geometry. At block 128, the FTS centers the target, determines the target ID, and selects an endpoint for the target. Optionally, Beacon Illuminator (BIL) atmospheric compensation may be applied in block 130. In the final block 132, the beam control system 108 may combine the HEL and target 100 based on the determined target point. Additionally, the HEL engages the target 100 to maintain the FTS target point, including target jerk detection, FTS shape change detection, TS debris field separation, and compensation for HEL effects on the target 100. may be performed at block 132. The functionality of system 104 to effectively track target 100 is described in further detail herein. Referring now to Figure 2, a block diagram is shown illustrating the architecture of a tracking system 200 in accordance with the present technology. Tracking system 200 may be used to track a target for engagement with a HEL according to system 104 previously discussed. System 200 includes an ATS tracking system 202 that initially seeks and discovers targets, similar to target signaling system 106. Once a target is positioned on the ATS tracker, the ATS system 202 uses a gimbal controller 224 to center the target on the system's point of aim. Tracking and Closed Loop Tracking Sensor pointing is transferred to the tracker FTS or SWIR for high-speed, precision tracking in a relatively small field of view because the general location of the target is already known. Precise sensor aiming is controlled by an FSM controller 246. High-level input is provided to the FSM controller 246, which manages gaze at high rates (tens of kilohertz). FSM controller 246 provides target angular position through a fast FTS controller. System 200 is configured to control the actions of system 200 based on the current operation objective (e.g., target elimination) and other beam director states and modes required for particular engagements. It may include a mission processor unit 248 containing designed processing. MPU 248 may include a processor and memory configured to execute instructions to perform the processing tasks of ATS system 202 and FTS system 204 described herein.
특히, ATS 시스템(202)은 다양한 기준에 기초하여 필터링된 이미지를 생성하기 위해 검출기(detector)를 사용하여 타겟에 신호를 보낸다. 검출기는 로빈슨 필터(Robinson filter)일 수도 있고, 다른 타겟 필터나 기계 학습 타겟 모양 검출기일 수도 있다. 이미지의 검출은 객체와 같은 타겟에서 추적을 시작하기에 충분한 신뢰도가 확립될 때까지, 예상 크기(expected size), 큐 게이팅(cue gating) 및 시간 지속성(persistence)을 기반으로 선별된다. 운동역학적 특징이 주어진 큐 기대치와의 상관관계를 기반으로 잠재적인 타겟를 선별할 수도 있다.In particular, the ATS system 202 uses a detector to signal a target to generate a filtered image based on various criteria. The detector may be a Robinson filter, another target filter, or a machine learning target shape detector. Detection of images is screened based on expected size, cue gating and temporal persistence until sufficient confidence is established to initiate tracking on a target, such as an object. Potential targets can also be selected based on the correlation of their kinematic characteristics with given cue expectations.
이를 위해, ATS 시스템(202)은 60-120Hz 사이일 수 있는 ATS 비디오(208)를 생성한다. ATS 시스템(202)은 공간 필터(206), 이동 타겟 표지(Moving Target Indicator)(MTI) 클러터 억제 모듈(clutter suppression module)(212) 및 낮은 SNR 타겟 통합 모듈(214)을 사용하여 비디오(208)를 처리할 수 있다. 공간 필터(spatial filter)(206)는 타겟을 검출하는 능력에 영향을 미치는 공간 장면 클러터를 제거하기 위해 적응형 공간 필터링을 적용하도록 설계된다. 이는 ATS 시스템(202)이 영향을 받지 않는 타겟 특징을 추적함으로써 드리프트 및 추적 잠금 없이 타겟 추적을 유지할 수 있게 해준다. 공간 필터(206)는 낮은 SNR 타겟을 검출하기 위해 필요에 따라 SNR을 높이기 위해 신호를 통합한다. 블록(216)에서 이미지의 여러 검출가 식별되고, 블록(218)에서 관심 타겟의 예상 위치 및 속도와 비교하여 검출의 위치 및 속도와 같은 예상 타겟 파라미터와의 연관성을 기반으로 타겟으로 선택적으로 신호가 전달된다. 배경에서 타겟을 식별하기 위해 로빈슨 검출기가 너무 작은 검출을 거부하거나 기타 공간 필터 또는 기계 학습 타겟 검출기를 사용하여 타겟의 기본 크기를 설정할 수 있다. ATS 시스템(202)은 이미지에서 평탄화되어 추적된 타겟 위치에 대한 타겟 위치의 이미지 위치 추정치를 필터링하기 위한 칼만 필터(Kalman filter)(220)를 포함할 수 있다. ATS 시스템(202)에 의해 타겟이 식별되고 예상 기준을 충족하는 것으로 결정된 후, 타겟 추적이 초기화될 수 있고 짐벌은 ATS 시스템(202) 타겟 추적 주위의 루프 추적을 폐쇄하라는 커맨드(command)를 받는다. ATS 시스템(202)에서 추적된 타겟 위치는, 고속 정밀 타겟 추적을 시작하기 위해, FTS 시스템(204)에 대한 큐(cue)로서 사용된다. To this end, ATS system 202 generates ATS video 208, which can be between 60-120 Hz. The ATS system 202 uses a spatial filter 206, a Moving Target Indicator (MTI) clutter suppression module 212, and a low SNR target integration module 214 to video 208 ) can be processed. Spatial filter 206 is designed to apply adaptive spatial filtering to remove spatial scene clutter that affects the ability to detect targets. This allows the ATS system 202 to maintain target tracking without drift and track lock by tracking unaffected target features. Spatial filter 206 integrates the signal to increase SNR as needed to detect low SNR targets. In block 216, multiple detections in the image are identified, and in block 218, a signal is selectively delivered to the target based on its association with expected target parameters, such as the position and velocity of the detection compared to the expected position and velocity of the target of interest. do. To identify a target from the background, the Robinson detector can reject detections that are too small, or other spatial filters or machine learning target detectors can be used to set a default size for the target. The ATS system 202 may include a Kalman filter 220 to filter the image position estimate of the target location relative to the smoothed tracked target location in the image. After the target has been identified by the ATS system 202 and determined to meet the expected criteria, target tracking can be initiated and the gimbal is commanded to close the tracking loop around the ATS system 202 target tracking. The target location tracked in the ATS system 202 is used as a cue to the FTS system 204 to initiate high-speed precision target tracking.
이제 도 6을 참조하면, 흐름도(600)는 타겟 검출(602)로부터 HEL(612)과 교전하기 위한 가장 가능성 있는 타겟의 선택까지 ATS 시스템(202)의 기능을 도시한다. ATS 시스템(202)은 추적 획득 단계 동안 미리 정의된 시간 간격에 걸쳐 객체와 같은 타겟에 대한 검출을 선별하여, 타겟 추적이 초기화될 수 있도록 한다. 블록(602)에서, 현재 이미지에서 다수의 검출이 식별된다. 블록(604)에서 블록(602)의 검출은 이미지에서 타겟의 위치를 추적하기 위해 일관성 측정법을 사용하여 시간에 맞춰 함께 어셈블된다. 그런 다음 블록(602)의 각 검출는 이전 검출와 비교되고, 가장 가능성이 높은 일치가 블록(606)에서 추적된 개체 위치를 업데이트하는 데 사용된다. 블록(606)은 클러터로 인해 잘못된 타겟 추적이나 시야에서 사라지는 타겟을 포함하여 원치 않는 타겟 추적을 삭제하는 데 사용된다. 블록(610)은 칼만 필터를 사용한 추정 필터링을 통해 타겟 추적의 운동역학적 파라미터(위치, 속도 및 시간)를 업데이트한다.Referring now to FIG. 6, flow diagram 600 illustrates the functionality of ATS system 202 from target detection 602 to selection of the most likely target to engage HEL 612. The ATS system 202 selects for detection of a target, such as an object, over predefined time intervals during the track acquisition phase, allowing target tracking to be initiated. At block 602, multiple detections in the current image are identified. The detections of blocks 602 in block 604 are assembled together in time using a coherence metric to track the location of the target in the image. Each detection in block 602 is then compared to the previous detection, and the most likely match is used to update the tracked object location in block 606. Block 606 is used to discard unwanted target tracks, including false target tracks due to clutter or targets that disappear from view. Block 610 updates the kinematic parameters (position, velocity, and time) of target tracking through estimation filtering using a Kalman filter.
ATS 시스템(202)은 시간 및 측정 업데이트를 위해 픽셀 공간에서 운동역학적 동적 모델과 함께 킬만-제이 필터(Kalman-J filter)를 사용할 수 있다. 블록(604)에서, 다음에 따라 기존 추적에 대한 시간 업데이트가 제공된다.ATS system 202 may use a Kalman-J filter with a kinematic dynamic model in pixel space for temporal and measurement updates. At block 604, a temporal update to the existing trace is provided according to:
(식 1) (Equation 1)
(식 2) (Equation 2)
여기의 방정식에서 "F"는 상태 전이 행렬(state transition matrix)이고 "x"는 추적의 6개 상태 추정치(state estimate)이다. 은 수치 안정성에 대한 조셉(Joseph)의 형식이다. In the equations here, “F” is the state transition matrix and “x” is the six state estimate of the trace. is the Joseph form for numerical stability.
블록(606)에서, 알고리즘은 정보가 오래된 경우 타겟 추적을 정리한다. 새로운 검출은 블록(608)에서 기존의 현재 추적과 연관된다. 검출은 모든 쌍 사이에서 측정된 특징 거리(반드시 유클리드 거리(Euclidean distance)일 필요는 없음)를 기반으로 추적과 일치할 수 있다. 에서 의 검출을 위해, 모든 쌍 사이의 거리는 다음과 같이 측정될 수 있다: At block 606, the algorithm prunes the target trace if the information is outdated. The new detection is associated with the existing current trace at block 608. Detection can be matched to tracking based on the measured feature distance between every pair (not necessarily the Euclidean distance). at For detection of , the distance between every pair can be measured as:
(식 3) (Equation 3)
측정 업데이트는 블록(610)에서 실행된다. 측정 업데이트는 다음에 따라 수행될 수 있다:The measurement update is performed at block 610. Measurement updates can be performed according to:
(식 4) (Equation 4)
(식 5) (Equation 5)
(식 6) (Equation 6)
(식 7) (Equation 7)
(식 8) (Equation 8)
마지막으로, 블록(612)에서, 타겟 추적을 타겟 큐와 비교함으로써 타겟에 대한 가장 가능성 있는 추적이 선택되며, 타겟은 큐에 대한 근접성을 기반으로 선택된다. 마할로비스 거리(Mahalanobis distance)는 다음에 따라 추적 중심에서 큐 중심까지의 표준 편차 수를 찾는 데 사용된다: Finally, at block 612, the most likely track to the target is selected by comparing the target track to the target cue, and the target is selected based on its proximity to the cue. Mahalanobis distance is used to find the number of standard deviations from the tracking center to the cue center according to:
(식 9) (Equation 9)
주어진 큐에 대해 거리 매트릭(distance metric) D를 최소화하는 타겟 추적(target track)이 선택된다. 타겟 추적이 타겟 큐(target cue)와 연관될 가능성이 충분히 있는 경우(큐에 대한 상관관계 강도를 기반으로), 검출이 타겟으로 선언된다. 타겟이 선언되지 않은 경우, 시스템은 기본적으로 큐 추적(cue track)으로 설정되며, 여기서 타겟은 계속 획득되고 타겟은 선언되지 않는다. 큐가 없으면, 측정값 누락으로 인해 타겟 확인이 불충분하며, 측정값을 사용할 수 있을 때까지 마지막으로 알려진 타겟 추적이 전파된다. A target track that minimizes the distance metric D for a given cue is selected. If there is a high probability that the target trace is associated with a target cue (based on the strength of correlation to the cue), the detection is declared target. If no target is declared, the system defaults to cue track, where targets are still acquired and no targets are declared. Without a queue, target resolution is insufficient due to missing measurements, and the last known target trace is propagated until measurements are available.
ATS 시스템(202)을 사용하면, 다음에 따라 이미징 시스템의 초점 계획 어레이(focal plan array)에 대한 픽셀 공간의 고도 좌표(elevation coordinates)의 방위각(azimuth)이 검출에 제공된다: Using the ATS system 202, detection is provided with the azimuth of elevation coordinates in pixel space relative to the focal plan array of the imaging system according to:
(식 10) (Equation 10)
(식 11) (Equation 11)
내비게이션 데이터(navigation data)를 사용하여, 추적기(tracker)는 ECEF(지구 중심, 지구 고정)와 같은 좌표계에서 추적할 수 있다. 단위 시선(unit line-of-sight)은 다음에 따라 ECEF로 회전될 수 있다: Using navigation data, the tracker can track in a coordinate system such as ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed). A unit line-of-sight can be rotated into ECEF according to:
(식 12) (Equation 12)
(식 13) (Equation 13)
픽셀 좌표는 다음과 같이 ECEF 각도로 대체될 수 있으며, FTS 시스템(204)으로 전달된다: Pixel coordinates can be replaced with ECEF angles and passed to the FTS system 204 as follows:
(식 14) (Equation 14)
(식 15) (Equation 15)
도 2를 다시 참조하면, 여기에 개시된 FTS 시스템(204)은 대기 및 플랫폼 지터(platform jitter)로 인해 타겟이 기동 및/또는 명백한 시선 움직임에 있는 동안 고속 거울(platform jitter)을 타겟 목표점으로 조향하는 역할을 하는 고속 타겟 추적기(high-speed target tracker)이다. FSM 제어기(246)는 빔 제어 시스템(108)과 유사하게 타겟에 치명적인 효과를 제공하도록 HEL을 안내하는 FTS 시스템(204)에 의해 커맨드된 고속 거울를 지향한다. 도시된 고속 FTS 시스템(204)은 큐 또는 오퍼레이터가 지정한 이미지 위치로부터 타겟을 획득하고, 일단 획득되면 추적에 참여하고, 자동으로 목표점(예를 들어 블록(238))을 결정하고, 그런 다음 타겟을 조준하기 위해 FSM 제어기(246)에 의해 활용되는 시선(LOS) 조준 관리자(line of sight (LOS) pointing manager)를 통해 자동으로 결정된 목표점 주위의 레이저 빔 위치에 대한 오프셋(244)을 제공하기 위해 모드를 제공한다.Referring back to FIG. 2, the FTS system 204 disclosed herein includes steering a high-speed mirror (platform jitter) to a target point of view while the target is maneuvering and/or in apparent gaze movement due to atmospheric and platform jitter. It is a high-speed target tracker that functions as a high-speed target tracker. The FSM controller 246 directs the high-speed mirror commanded by the FTS system 204 to guide the HEL to provide lethal effect on the target, similar to the beam control system 108. The illustrated fast FTS system 204 acquires a target from a cue or operator-specified image location, engages in tracking once acquired, automatically determines the target point (e.g., block 238), and then mode to provide an offset 244 for the laser beam position around the target point determined automatically via a line of sight (LOS) pointing manager utilized by the FSM controller 246 to aim. provides.
결합된 ATS 및 FTS 추적 하위 시스템의 추적 아키텍처는 도 2에 자세히 나와 있다. 블록(226)은 FTS 이미지로부터 HEL 빔을 조준하기 위해 FSM에 대한 커맨드를 생성하는 처리의 고속 FTS 추적 흐름을 보여준다. 도 2의 기능은 도 3에 자세히 설명되어 있다.The tracking architecture of the combined ATS and FTS tracking subsystems is detailed in Figure 2. Block 226 shows a high-speed FTS trace flow of processing that generates commands to the FSM to aim the HEL beam from the FTS image. The functionality of Figure 2 is explained in more detail in Figure 3.
FTS 시스템(204)의 추적 모드는 도 3에서 자세히 분류된다. 간략한 개요에서, FTS 시스템(204)은 예를 들어 400-800Hz 사이일 수 있는 캡처된 이미지의 비디오 피드를 생성한다. FTS 시스템(204)은 하나가 실패하면 임의의 단일 모드로 회귀하는 상관관계 추적 알고리즘(경로 231) 및 중심 추적 알고리즘(경로 233)을 사용하며, 두 개의 모드는 일반적으로 동시에 실행된다. 예를 들어, 시스템(200)은 타겟 특징이 HEL 가열 효과로부터 가려지면 상관관계 전용 추적 또는 중심 추적으로 전환할 수 있다. 중심 추적 경로(233)에서의 액션은 중심 추적기에 의해 수행되는 것으로 본 명세서에서 설명되는 반면, 하위 경로에서의 액션은 상관기 추적기에 의해 수행되는 것으로 설명된다. 중심 추적기 경로(centroid tracker path)(233)는 클러터 필터(clutter filter)(228)를 사용하여 캡처된 이미지를 필터링한다. 중심 추적기 경로(233)는 HEL 효과가 타겟에서 검출될 때 HEL 조정 모듈(HEL adjustment module)(230)을 사용하여 추가 변경을 수행할 수 있다. 이는, HEL의 열로 인해 타겟이 결합된 후 상당히 가열되어, 타겟을 계속 추적하기가 어렵게 만드는, 높은 강도의 출력과 큰 조명 변화가 검출된 이미지에서 발생하기 때문에, 유리하다. HEL 효과를 고려하여 조정하면 HEL이 타겟이 제거될 때까지 타겟과 효과적으로 교전할 수 있다.The tracking modes of the FTS system 204 are broken down in detail in Figure 3. In a brief overview, the FTS system 204 generates a video feed of captured images, which may be between 400-800 Hz, for example. The FTS system 204 uses a correlation tracking algorithm (path 231) and a centroid tracking algorithm (path 233) that revert to a random single mode if one fails, with the two modes typically running simultaneously. For example, system 200 can switch to correlation-only tracking or centroid tracking when target features are obscured from HEL heating effects. Actions in the central tracking path 233 are described herein as being performed by the central tracker, while actions in the lower paths are described as being performed by the correlator tracker. The centroid tracker path 233 filters the captured image using a clutter filter 228. The center tracker path 233 can make further changes using the HEL adjustment module 230 when a HEL effect is detected at the target. This is advantageous because the heat of the HEL causes the target to heat up significantly after binding, resulting in high intensity output and large illumination changes in the detected image, making it difficult to continue tracking the target. By adjusting to take into account the HEL effect, HEL can effectively engage the target until the target is eliminated.
관찰될 수 있는 장애 가능성을 나타내는 여러 가지 상황이 있으며, 이로 인해 단일 추적기 모드로 회귀하게 된다. 발생할 수 있는 상관관계 추적기(300)(아래에서 더 자세히 설명됨)의 장애 모드는 노이즈 및 서명 변화로 인한 타겟 신호 손상으로 인한 상관관계 드리프트이다. 이 경우, 중심 추적기는 타겟의 임계값을 적절하게 설정하고 타겟 위치에 대한 절대 위치 레퍼런스를 제공하는 배경에서 타겟을 세그먼트화 한다. 중심 추적기(302)(아래에서 더 자세히 설명됨)의 장애 모드는 클러터 필터링의 누락된 타겟 검출(missed target detections)과 도 2의 블록(236)의 타겟 검출 블록(target detection blocks)을 포함한다. 이 경우 상관관계 추적기는 계속해서 이전에 저장된 타겟 서명 레퍼런스와 상관관계를 확인하여 지속적인 추적 업데이트를 가능하게 한다. 장애 모드의 예는 다음과 같다: (1) HEL 효과는 추적기에 긍정적인 피드백을 제공하므로 추적기는 타겟 대신 HEL 효과를 추적하고, (2) 고속 상관기가 역상관되므로 실제 추적이 타겟에서 멀어지고, (3) 중심 목표점 추적이 매우 불안정해져서 추적이 해제된다.There are a number of situations that indicate a possible failure that can be observed, resulting in a reversion to single tracker mode. A failure mode of correlation tracker 300 (described in more detail below) that can occur is correlation drift due to target signal corruption due to noise and signature changes. In this case, the centroid tracker appropriately thresholds the target and segments the target from the background providing an absolute position reference for the target location. Failure modes of center tracker 302 (described in more detail below) include missed target detections in clutter filtering and target detection blocks in block 236 of FIG. 2. . In this case, the correlation tracker continues to check correlations with previously stored target signature references, enabling continuous tracking updates. Examples of failure modes are: (1) the HEL effect provides positive feedback to the tracker, so the tracker tracks the HEL effect instead of the target; (2) the fast correlator is decorrelated, so the actual track moves away from the target; (3) Center target point tracking becomes very unstable and tracking is canceled.
HEL 조정 모듈(230) 내에서, 검출이기는 이미지 내의 증가된 강도 및 조명 변화에 기초하여 블록(232)에서 타겟이 HEL 효과를 경험하고 있는지 여부를 결정한다. 타겟이 HEL 효과를 겪고 있는 경우, HEL ON 검출이기(블록(232))는 HEL ON 모듈(234) 내에서 HEL 효과를 설명하기 위해 추가 수정을 하도록 시스템(200)을 트리거한다. 블록(236)에서, 상관관계에 사용되는 통합된 타겟 서명이 임계값으로 검출되고 세그먼트화 된다. 검출된 통합 타겟 서명은 치명도(lethality)을 위해 HEL 빔을 조준하는 위치를 결정하기 위해, 블록(238)의 목표점 알고리즘에 의해 사용된다. 특히, HEL ON 모듈(234)이 활성화되면, 시스템(200)의 이미징 시스템은 피크 강도와 타겟를 가능한 오랫동안 A/D 범위 내로 유지함으로써 포화 효과가 최소화되도록 센서 게인을 조정할 수 있다. 블록(240)에서, 타겟 목표점에 사용되고 고속 상관기에 의해 사용되는 순환 이미지를 통합하는 이미지 내 타겟 위치의 절대 레퍼런스을 제공하기 위해 중심 추정치가 제공된다. 순환 레퍼런스 이미지는 추적에서 의존될 수 있고, 타겟 목표점 결정을 위한 블록(block)(236)의 템플릿뿐만 아니라 상관기(correlator)(229)에 의한 레퍼런스 템플릿으로도 사용된다. 알파-베타 필터, 칼만 필터 또는 기타 필터를 사용하여 원치 않는 배경 노이즈, 혼란, 지터 등을 제거하기 위해 블록(242)에서 추가 처리가 수행될 수 있다. 목표점에 사용되는 업데이트된 순환 레퍼런스 이미지는 블록(244)에서 HEL에 대한 고속 오프셋을 제공하고, 이는 타겟과 결합하기 위해 중심 및 상관 추적기에 의해 제공되는 프레임 간 시프트에 추가된 타겟 목표점에 대한 HEL을 가리키는 오프셋을 위해 FSM 제어기(246)에 의해 의존될 수 있다.Within the HEL adjustment module 230, detection determines whether the target is experiencing the HEL effect at block 232 based on increased intensity and illumination changes within the image. If the target is experiencing a HEL effect, the HEL ON detector (block 232) triggers the system 200 to make further modifications within the HEL ON module 234 to account for the HEL effect. At block 236, the integrated target signature used for correlation is thresholded and segmented. The detected integrated target signature is used by the target point algorithm in block 238 to determine where to aim the HEL beam for lethality. In particular, when the HEL ON module 234 is activated, the imaging system of system 200 can adjust the sensor gain to minimize saturation effects by keeping the peak intensity and target within the A/D range for as long as possible. At block 240, a centroid estimate is provided to provide an absolute reference of the target location within the image used for the target endpoint and integrating circular images used by the high-speed correlator. The circular reference image can be relied upon in tracking and is used as a reference template by the correlator 229 as well as a template for blocks 236 for determining target endpoints. Additional processing may be performed in block 242 to remove unwanted background noise, clutter, jitter, etc. using alpha-beta filters, Kalman filters, or other filters. The updated circular reference image used for the target point provides a fast offset to the HEL at block 244, which in turn provides the HEL for the target point added to the frame-to-frame shift provided by the centroid and correlation tracker for coupling to the target. It may be relied upon by the FSM controller 246 for the indicated offset.
타겟 상태 추정기(target state estimator)(222)는 정확성과 일관성을 보장하기 위해 FTS 시스템(204)(예를 들어 상관기 추적기 및 중심 추적기)과 ATS 시스템(202)으로부터의 데이터를 융합할 수 있다. 그러면 시스템(200)은 후속 추적에 대한 융합 데이터에 의존할 수 있다. 시스템(200)은 연속적으로 타겟을 추적하고 전술한 바와 같이 상관관계 추적 및 목표점을 위한 순환 타겟 레퍼런스을 동적으로 업데이트하여, 시스템(200)이 타겟 기동 및/또는 변경에 대해 업데이트하는 것을 보장한다.Target state estimator 222 may fuse data from FTS system 204 (e.g., correlator tracker and centroid tracker) and ATS system 202 to ensure accuracy and consistency. System 200 can then rely on the fused data for subsequent tracking. System 200 continuously tracks targets and dynamically updates rotating target references for correlation tracking and target points as described above, ensuring that system 200 is updated for target maneuvers and/or changes.
ATS 시스템(202)과 FTS 시스템(204)의 조합은 다수의 타겟이 동시에 신호를 받는 것을 허용하고, 분할된(split) 객체 추적이 동일한 타겟과 관련된 다수의 추적으로 열리도록 허용한다. 이를 통해 타겟이 HEL에 의해 교전되어 파괴되어 타겟이 여러 조각으로 부서지는 경우에도 타겟의 개별 조각을 추적할 수 있다. 시스템(200)은 타겟의 운동역학이 예상된 역학과 다를 때 및/또는 타겟의 특징이 예상치 못한 방식으로 변위될 때 타겟에 대한 전투 손상을 평가할 수 있다. 시스템(200)은 전투 손상 평가에 기초하여 전투 손상 지표를 제공할 수 있다.The combination of ATS system 202 and FTS system 204 allows multiple targets to be signaled simultaneously and allows split object tracking to be opened with multiple tracks related to the same target. This allows individual pieces of the target to be tracked even if the target is engaged and destroyed by the HEL, breaking the target into multiple pieces. System 200 may evaluate combat damage to a target when the target's kinematics differ from expected dynamics and/or when features of the target are displaced in an unexpected manner. System 200 may provide combat damage indicators based on combat damage assessments.
특히, 시스템(200)의 일부가 본 명세서에서 기능 블록 또는 모듈로서 도시되고 설명되어 있지만, 여기에 개시된 기능은 설명된 기능을 수행하도록 설계된 특별히 구성된 시스템을 사용하여 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.In particular, although portions of system 200 are shown and described herein as functional blocks or modules, it should be understood that the functions disclosed herein may be performed using a specially configured system designed to perform the described functions.
이제 도 3을 참조하면, FTS 시스템(204)의 기능이 더 자세히 도시되고 설명된다. FTS 시스템(204)의 추적 기능(tracking functions)은 고속 및 저속 타겟 추적 경로(300, 302)로 더 분리된다. 이들 경로(300, 302)는 일반적으로 FTS 경로(231, 233)에 각각 대응한다. 고속 추적기 경로(high-speed tracker path)(300)는 현재 프레임 속도로 타겟 위치 업데이트를 시선(LOS) 조준 관리자(line of sight (LOS) pointing manager)(314)에 제공한다. 고속 추적기 경로(300)는, 타겟이 추적될 때, FSM 제어기(246)에 의해 지시되는 고속 거울에 LOS 업데이트를 제공하는 주요 경로이다. 저속 추적기 경로(low-speed tracker path)(302)는 타겟 목표점에 대한 주기적인 업데이트를 제공하고, 고속 경로에 대한 상관을 위해 이미지 중심 타겟 레퍼런스를 일시적으로 통합하고, 타겟 추적 게이트를 검출, 세그먼트화 및 업데이트하고 초기화한다. Referring now to Figure 3, the functionality of FTS system 204 is shown and described in greater detail. The tracking functions of the FTS system 204 are further separated into high-speed and low-speed target tracking paths 300 and 302. These paths 300 and 302 generally correspond to FTS paths 231 and 233, respectively. The high-speed tracker path 300 provides target position updates at the current frame rate to the line of sight (LOS) pointing manager 314. The fast tracker path 300 is the primary path that provides LOS updates to the fast mirror directed by the FSM controller 246 when a target is being tracked. A low-speed tracker path 302 provides periodic updates on the target point, temporarily integrates an image-centric target reference for correlation to the high-speed path, and detects and segments target tracking gates. and update and initialize.
예시적인 타겟 추적 게이트는 도 4에서 볼 수 있다. 이제 도 4를 참조하면, FTS 시스템(204)에 의해 획득된 타겟(406)의 이미지(400)가 도시된다. 이미지(400)는 타겟 게이트를 나타내는 두 개의 동심 영역(concentric areas)(402, 404)을 포함한다. 첫 번째는 타겟 크기의 추정된 정도 주변의 버퍼를 포함하는 타겟 영역(target area)(402)이다. 두 번째는 배경 추정 영역(404)으로, 배경 추정에 사용되는 타겟 영역(target area)(402) 주변의 고리형이다. 배경 추정은 도 3의 저속 추적 경로(302) 동안 결정된다. 추적기 게이트(Tracker gates)(402, 404)는 추적 시스템(tracking system)(200)이 검출을 최대화하고, 이미지 공간에서 검색할 효율적인 위치를 제공하고, 배경 기여를 거부하기 위해 이미지(400)에 타겟(406)이 포함된 영역을 효과적으로 격리하는 한 가지 방법이다. 추적기 게이트(402, 404)는 고속 및 저속 인터리브 추적기 경로(interleaved tracker paths)(300, 302) 모두에서 크기와 위치를 연속적으로 업데이트한다. 큐 정보가 처음에 존재하지 않을 때, 추적기 게이트(402, 404)는 처음에 전체 이미지(400)를 포함하도록 크기가 조정될 수 있다. 대안적으로, 추적기 게이트(402, 404)는 초기에 타겟 위치 및/또는 ATS 추적기(202) 또는 다른 시스템 기능으로부터 존재하는 경우 크기 정보로부터 크기가 결정될 수 있다.An exemplary target tracking gate can be seen in Figure 4. Referring now to Figure 4, an image 400 of target 406 acquired by FTS system 204 is shown. Image 400 includes two concentric areas 402 and 404 representing the target gate. The first is a target area 402, which contains a buffer around an estimated extent of the target size. The second is the background estimation area 404, which is shaped like a ring around the target area 402 used for background estimation. The background estimate is determined during the slow tracking path 302 of Figure 3. Tracker gates 402 and 404 allow the tracking system 200 to target images 400 to maximize detection, provide efficient locations to search in image space, and reject background contributions. This is one way to effectively isolate the region containing (406). Tracker gates 402, 404 continuously update size and position on both high-speed and low-speed interleaved tracker paths 300, 302. When cue information is initially absent, tracker gates 402, 404 may be sized to initially include the entire image 400. Alternatively, tracker gates 402, 404 may initially be sized from the target location and/or size information, if present, from the ATS tracker 202 or other system function.
FTS 추적기(204)는 또한 이미지 특징점에서 HEL을 추적하고 중심화하기 위해 특징 상태 추정기를 사용한다. 이를 위해, FTS 추적기(204)는 다수의 상태 추정기(state estimators)를 포함한다. 진정한 의미에서 '상태(state)'는 추적된 특징의 속도, 가속도 및 위치를 의미한다. 이러한 특징은 이미지 좌표에 있으므로 이러한 특징 상태 추정기는 관성 좌표가 아닌 이미지 좌표에서 타겟 특징 상태를 제공한다. 타겟 특징 상태 추정기는 이하에서 더 자세히 논의되는 바와 같이 상관관계 추적기 모듈(correlation tracker module)(308), 중심 추적기(centroid tracker)(324), 목표점 추적기(aimpoint tracker)(312) 및 순환 레퍼런스 이미지 추적기(recursive reference image tracker)(326)를 포함한다. FTS tracker 204 also uses a feature state estimator to track and center the HEL on image features. To this end, FTS tracker 204 includes multiple state estimators. In its truest sense, 'state' refers to the velocity, acceleration and position of the tracked feature. Since these features are in image coordinates, these feature state estimators provide target feature states in image coordinates rather than inertial coordinates. The target feature state estimator includes a correlation tracker module 308, a centroid tracker 324, an aimpoint tracker 312, and a circular reference image tracker, as discussed in more detail below. (recursive reference image tracker) 326.
다시 도 3을 참조하면, 저속 추적기(302)는 아래쪽 경로에 도시되어 있고, 고속 추적기(300)는 위쪽 경로에 도시되어 있지만, 둘 다 FTS 추적기(204)의 일부일 수 있다. 타겟이 처음 획득된 후, 후속 추적은 고속 및 저속 추적기(300, 302) 모두를 사용하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 경로(300)의 구성 요소는 상관관계 추적기의 역할을 할 수 있는 반면, 경로(302)의 구성 요소는 중심 추적기의 역할을 할 수 있다. 두 개의 추적기(300, 302) 사이에 이미지 인터리브(image interleave)(330)가 사용될 수 있다. 이미지 인터리브는 저속 추적기(302)가 N번째 프레임마다 자신의 추적 위치, 중심, 타겟 레퍼런스을 업데이트하는 모드이고, 여기서 N은 추적기(302)가 동작하기 전에 설정된 변수이다. 타겟 위치의 추적기(302)의 출력은 일반적으로 후속 N-1 프레임에 대한 고속 추적기(300) 상관관계 출력이고, N번째 프레임은 중심 추적기 위치, 상관 추적기 타겟 추정 위치 또는 두 추적기 타겟 위치의 혼합 조합이다.Referring again to FIG. 3, low speed tracker 302 is shown in the lower path and high speed tracker 300 is shown in the upper path, but both may be part of FTS tracker 204. After the target is initially acquired, subsequent tracking may be performed using both high-speed and low-speed trackers 300, 302. In general, components of path 300 may serve as correlation trackers, while components of path 302 may serve as centroid trackers. An image interleave 330 may be used between the two trackers 300, 302. Image interleaving is a mode in which the low-speed tracker 302 updates its tracking position, center, and target reference every Nth frame, where N is a variable set before the tracker 302 operates. The output of the tracker 302 at the target position is typically the fast tracker 300 correlation output for the subsequent N-1 frames, with the Nth frame being the centroid tracker position, the correlated tracker target estimate position, or a mixed combination of both tracker target positions. am.
저속 추적기(302)에서, 이미지는 블록(316)에서 공간적으로 필터링된다. 필터 이미지 블록(316)은 배경과 노이즈를 제거하고 추가 처리를 위해 타겟 신호를 강화한다. 필터 이미지 블록(316)은 이미지의 각 프레임에서 동작하며 처리 체인의 제1 부분을 나타낸다. 이 단계에서는 타겟을 제외한 타겟 주변 영역의 배경 통계를 결정하여 픽셀 검출 임계값을 설정한다. 다음으로, 신호는 배경 추정 기능(estimate background function)(318)에 의해 처리된다. 배경 추정 프로세스(estimate background process)는 추적의 경우 타겟 위치 주변의 환형에서 통계를 계산하고, 획득의 경우 더 큰 경계(즉, 타겟이 여전히 식별되는 경우)에서 통계를 계산한다.In the slow tracker 302, the image is spatially filtered in block 316. Filter image block 316 removes background and noise and enhances the target signal for further processing. Filter image block 316 operates on each frame of the image and represents the first part of the processing chain. In this step, the pixel detection threshold is set by determining the background statistics of the area around the target excluding the target. Next, the signal is processed by an estimate background function 318. The estimate background process calculates statistics on an annulus around the target location for tracking, and on a larger boundary for acquisition (i.e., when the target is still identifiable).
다음으로, 추적기는 임계값 및 세그먼트 타겟 기능(segment target function)(320)를 실행한다. 임계값 및 세그먼트 기능(320)는 저속 중심 추적기(324)에서 처리된 각각의 이미지를 입력으로 취하고, 배경 추정 기능(318)에 기초하여 임계값을 적용한 다음, 임계값보다 큰(양수 및 음수 모두) 픽셀을 검출한다. 임계값을 초과하는 픽셀은 8방향 연결을 사용하여 그룹화되고 크기, 면적, 중심 등의 통계와 함께 객체로 변환된다.Next, the tracker executes the threshold and segment target functions (320). The threshold and segment function 320 takes as input each image processed by the slow centroid tracker 324, applies a threshold based on the background estimation function 318, and then ) Detect pixels. Pixels that exceed a threshold are grouped using an 8-way concatenation and converted into objects with statistics such as size, area, and centroid.
다음으로, 타겟 찾기 및 선택 기능(322)이 수행된다. 타겟 찾기 및 선택 기능(322)은 두 가지 동작 모드를 갖고; 타겟이 식별되는 타겟 획득 모드와 식별된 타겟을 추적하는 추적 모드가 있다. 타겟 획득에서, 기능(322)는 임계값 및 세그먼트 타겟 기능(320)으로부터 세그먼트된 객체를 입력으로 취하고 획득 기준에 가장 가까운 세그먼트된 객체를 선택한다. 추적에서, 타겟 찾기 및 선택 기능(322)은 추정된 추적 위치에 가장 가까운 세그먼트된 객체를 선택한다. 타겟 찾기 및 선택 기능(322)은 또한 타겟 및 배경(또는 일정한 허위 경보 CFAR) 게이트(예를 들어 402, 402)를 추정하기 위해 타겟 위치의 범위와 그 위치를 계산한다.Next, a target search and selection function 322 is performed. The target find and select function 322 has two modes of operation; There is a target acquisition mode in which the target is identified and a tracking mode in which the identified target is tracked. In target acquisition, function 322 takes segmented objects as input from the threshold and segment target function 320 and selects the segmented object closest to the acquisition criteria. In tracking, the target find and select function 322 selects the segmented object closest to the estimated tracking location. The target find and select function 322 also calculates the range of target locations and their positions to estimate target and background (or constant false alarm CFAR) gates (e.g., 402, 402).
그 후, 중심 타겟 추적기(324)에 의해 추가 처리가 수행된다. 중심 타겟 추적기(324)는 타겟 찾기 및 선택 기능(322)에서 선택된 각 타겟에 대한 중심을 계산하고 위치를 필터링하여 현재 위치의 속도 및 위치 추정치와 다음 번 업데이트 시 미래 위치를 개발하는 기능을 구현한다. 추적 필터링에는 칼만 필터, 알파 베타 및 기타 알려진 필터를 포함한 다양한 추적 필터 구현 옵션이 있다.Further processing is then performed by the center target tracker 324. The centroid target tracker 324 implements the ability to calculate the centroid for each target selected in the target find and select function 322 and filter the positions to develop speed and position estimates of the current position and future positions at the next update. . There are a variety of trace filter implementation options, including Kalman filters, alpha beta, and other known filters.
그런 다음 업데이트 순환 레퍼런스 기능(recursive reference function)(326)는, 세그먼트되고 선택된 타겟 객체를 추적지점(trackpoint) 및 폐쇄 루프 시선 조준에 사용되는 레퍼런스 이미지 좌표 프레임으로 시프트하도록 적용된다. 세그먼트된 각 객체는 신호 대 노이즈비를 향상시키기 위해 레퍼런스 좌표계에 통합된다. 이 순환 레퍼런스 픽처(reference picture)는 두 가지 기능을 지원한다. 첫째, 순환적 레퍼런스 픽처는 추적 레퍼런스 지점에 대한 폐쇄 루프 추적을 위해 고속 추적기(즉, 경로(300))의 상관관계 추적기 모듈(308)에서 각 입력 이미지 전환(image translation)을 추정하는 데 사용되는 레퍼런스 이미지이다. 둘째, 타겟 목표점(target aimpoint)(312)이 추정된다. 입력 프레임(Input frames)은, 레퍼런스 이미지 신호 대 노이즈비를 최대화하는 동시에 레퍼런스와 현재 입력 프레임 간의 긴밀한 정렬을 보장하기 위해, 시간적으로 가중치를 부여하고 움직임 및 역학으로 인한 타겟 모양 변화와 일치하도록 설계된다. '레퍼런스 이미지 추적 상태 추정기(reference image track state estimator)'는 블록(326)에 내장되어 시선 조준 관리자(line of sight pointing manager)(314)를 조준하기 위한 타겟 중심의 중앙 위치(center location)를 추적한다. An update recursive reference function 326 is then applied to shift the segmented and selected target object into a reference image coordinate frame used for trackpoint and closed-loop gaze aiming. Each segmented object is integrated into a reference coordinate system to improve the signal-to-noise ratio. This circular reference picture supports two functions. First, the cyclic reference picture is used to estimate each input image translation in the correlation tracker module 308 of the fast tracker (i.e., path 300) for closed-loop tracking to a tracking reference point. This is a reference image. Second, a target aimpoint 312 is estimated. Input frames are temporally weighted and designed to match target shape changes due to motion and dynamics to maximize the reference image signal-to-noise ratio while ensuring tight alignment between the reference and current input frames. . A 'reference image track state estimator' is built into block 326 to track the center location of the target center for pointing the line of sight pointing manager 314. do.
그러면 전파 게이트 기능(328)는, 현재 세그먼트된 타겟 크기 및 다음 프레임의 중심 추적기 예측 타겟 위치에 기초하여 다음 프레임의 추적점 및 타겟 피처를 계산하기 위해 이미지 픽셀이 포착되는 게이트 영역을 업데이트한다. 게이트는, 추적에 있을 때, 다음 프레임의 배경 추정 기능(318)에서 배경 추정을 위한 타겟 영역(예를 들어 게이트(402))과 타겟 주위의 동심 영역(예를 들어 게이트(404))을 정의한다.The propagating gate function 328 then updates the gate area where the image pixels are captured to calculate the track point and target feature for the next frame based on the current segmented target size and the centroid tracker predicted target position for the next frame. The gate defines a target area (e.g. gate 402) and a concentric area around the target (e.g. gate 404) for background estimation in the background estimation function 318 of the next frame when in tracking. do.
그런 다음 목표점 추정 기능(312)은 모양, 회전축 및 방향을 추정하는 컴퓨터 비전 기반 기술, 또는 임의의 다른 컴퓨터 비전 또는 기계 학습 기술을 사용하여 타겟 목표점을 계산하기 위해 업데이트 순환 레퍼런스 기능(update recursive reference function)(326)의 통합된 타겟 레퍼런스 이미지를 사용한다. 목표점은 회전축에 사전 정의된 위치, 사용자가 조정할 수 있는 위치 또는 사전 정의된 위치에 사용자가 조정할 수 있는 위치를 추가하여 회전축을 기준으로 결정된다. 목표점 추정(312)은 LOS 조준 관리자(314)에 목표점에 대한 오프셋 조준 위치 또는 레이저 위치와 오프셋 추적에 대한 순환 레퍼런스의 중심으로의 시프트를 제공한다. 목표점 위치는 이전에 설명한 대로 중심 타겟 추적기(324)와 유사하게 필터링되고 추적된다.The target point estimation function 312 then uses an update recursive reference function to calculate the target target point using computer vision-based techniques to estimate shape, rotation axis, and direction, or any other computer vision or machine learning technique. ) (326) uses the integrated target reference image. The target point is determined relative to the axis of rotation by adding a predefined position to the axis of rotation, a user-adjustable position, or a user-adjustable position to a predefined position. The target point estimate 312 provides the LOS aiming manager 314 with an offset aiming position relative to the target point or a shift to the center of the circular reference for the laser position and offset tracking. Target locations are filtered and tracked similarly to the center target tracker 324 as previously described.
고속 추적기(300)는 저속 추적기(302)와 동시에 기능하다. 이러한 고속 추적기(300)는 FTS 시스템(204)의 LOS를 순간적으로 조준하는데 사용되는 주요 추적기 기능이다. 고속 추적기(300) 경로에서, 입력 이미지는 초기에 블록(304)에서 필터링되는데, 이는 위에서 설명한 필터 이미지 블록(316)과 유사하게 기능한다(예를 들어, 타겟 신호를 향상시키기 위해 각 프레임에 대해 연산을 수행하고 배경과 노이즈를 제거함). High-speed tracker 300 functions concurrently with low-speed tracker 302. This high-speed tracker 300 is the main tracker function used to instantaneously aim the LOS of the FTS system 204. In the fast tracker 300 path, the input image is initially filtered at block 304, which functions similarly to the filter image block 316 described above (e.g., for each frame to enhance the target signal). performs calculations and removes background and noise).
저속 추적기(302) 경로의 업데이트 순환 레퍼런스 기능(326)에서 추정된 레퍼런스 이미지에 대한 현재 이미지 시프트를 계산하기 위해 레퍼런스 기능(reference function)(306) 대한 상관이 적용된다. 상관 영역은 타겟 찾기 및 선택 기능(322)에서 계산된 타겟 게이트의 크기에 적응된다. 레퍼런스 기능에 대한 상관은, 상호 상관을 수행하기 위해, 현재 게이트된 타겟 영역에 맞게 크기가 조정된, 적응형 크기 2D FFT 및 2D 역 FFT를 사용하여 레퍼런스 이미지와 현재 입력 이미지 간의 상호-상관(cross-correlation)을 결정한다. FFT의 크기를 적응적으로 조정하는 이 프로세스는 도 5에 도시되어 있으며 아래에서 더 자세히 설명된다. 순환 이미지에 대한 현재 이미지 시프트는 상관관계 출력의 검출된 피크 위치이며, 2D 피크 보간 방법을 사용하여 하위 픽셀 위치로 보간된다. 레퍼런스 기능(306)에 대한 상관은, 반이진 이미지(semi-binary image)를 생성하기 위해 게이트된 이미지 강도와 레퍼런스 이미지 강도를 클리핑하는 픽셀 임계값을 포함한다. 반이진 이미지는 상호 상관을 위한 주요 타겟 모양 속성을 유지하면서 타겟 모양 전체의 강도 변화로부터 보호한다. 현재 이미지에서 미리 결정된 픽셀이 검색된다.The correlation to the reference function 306 is applied to calculate the current image shift with respect to the reference image estimated in the updated circular reference function 326 of the slow tracker 302 path. The correlation area is adapted to the size of the target gate calculated in the target find and select function 322. Correlation to the reference function is a cross-correlation between the reference image and the current input image using an adaptive size 2D FFT and 2D inverse FFT, scaled to fit the currently gated target region, to perform the cross-correlation. -correlation) is determined. This process of adaptively adjusting the size of the FFT is depicted in Figure 5 and is described in more detail below. The current image shift for the circular image is the detected peak position of the correlation output, interpolated to sub-pixel positions using a 2D peak interpolation method. The correlation to the reference function 306 includes a gated image intensity and a pixel threshold that clips the reference image intensity to create a semi-binary image. Semi-binary images preserve key target shape properties for cross-correlation while protecting against intensity changes across the target shape. A predetermined pixel is searched for in the current image.
그런 다음 상관관계 추적 기능(308)에 의해 시프트가 수행된다. 상관관계 추적기 기능(correlation tracker function)(308)은 이전에 논의된 타겟 상태 추정치 중 하나이다. 상관관계 추적기 기능(308)은 현재 프레임과 레퍼런스 프레임 사이의 이미지 시프트의 출력을 사용한다. The shift is then performed by the correlation tracking function 308. The correlation tracker function 308 is one of the target state estimates previously discussed. The correlation tracker function 308 uses the output of the image shift between the current frame and the reference frame.
상관관계 모드가 동작할 때, 상관관계 게이트 영역 크기 위치는 업데이트 추적 게이트 블록(310)에서 업데이트된다. 상관관계 영역의 크기는 이전에 논의된 인터리빙된 중심 추적기 찾기 및 타겟 선택 기능(322)으로 업데이트된다. When the correlation mode is operating, the correlation gate area size location is updated in the update tracking gate block 310. The size of the correlation region is updated with the interleaved centroid tracker finding and target selection function 322 discussed previously.
LOS 조준 관리자(314)는 조준을 위해 시스템의 각도 제어기에 폐쇄 루프 시선 타겟 추적 위치를 제공하는 역할을 한다. FSM 제어기(246)는 조준 위치에 응답할 수 있다. 추적 시스템(200)이 획득 모드에 있을 때, 타겟 찾기 및 선택 기능(322)에서 검출된 타겟의 중심 위치는 시선을 조준한다. 추적 모드에서, 상관기가 동작 중일 때, 상관기 이미지는 레퍼런스 이미지 중심 위치를 레퍼런스에 대해 시프트한다. 인터리빙된 중심 모드가 동작할 때, 중심 위치(예를 들어 중심 타겟 추적기(324))는 시선을 하나의 옵션으로 조준키거나 상관관계 추적기 또는 상관관계 추적기 전용 출력과 혼합된다. LOS 조준 관리자(314)는, 또한 조준의 불규칙한 움직임을 확인하고 가짜 조준 커맨드를 제한하고 블록(312)에서 계산된 조준 오프셋에 대한 목표점 추정치를 추가한다.The LOS aim manager 314 is responsible for providing closed-loop line-of-sight target tracking position to the system's angle controller for aiming. FSM controller 246 may respond to the aiming position. When the tracking system 200 is in acquisition mode, the central location of the target detected in the target find and select function 322 focuses the line of sight. In tracking mode, when the correlator is operating, the correlator image shifts the reference image center position relative to the reference. When the interleaved centroid mode is operating, the centroid location (e.g., centroid target tracker 324) is either aimed at the gaze as an option or mixed with the correlation tracker or a correlation tracker-only output. The LOS aim manager 314 also checks for aim irregularities, limits spurious aim commands, and adds a point of aim estimate to the aim offset calculated in block 312.
다시 도 4를 참조하면, 타겟(406)의 이미지(400)는 상관관계 추적(correlation track)(408), 추적 상태 추정 평활화된 타겟 위치(track state estimates smoothed target position)(410), 및 자동으로 생성된 목표점(automatically generated aimpoint)(412)을 포함한다. Referring again to FIG. 4, image 400 of target 406 is generated into a correlation track 408, a track state estimate smoothed target position 410, and automatically Includes an automatically generated aimpoint 412.
이제 도 5를 참조하면, 시스템(200)은 소수 역률(PPF) 및 2의 거듭제곱(PO2)을 철저하게 검색하여 최적의 FFT 크기를 수학적으로 산출하는 알고리즘(500)을 활용한다. 알고리즘은 입력 신호의 차원에 가장 적합한 FFT 크기를 선택하는 최적의 선택기를 구축한다. 이는 기본 실행 루프 외부에서 이를 수행하여 실시간 FFT 및 iFFT 변환에 필요한 모든 데이터 구조를 준비한다. 시스템(200)은 2D FFT를 활용하지만, 어떤 경우에는 알고리즘이 3D FFT에 대해 수행될 수도 있다. Referring now to Figure 5, system 200 utilizes algorithm 500 to mathematically calculate the optimal FFT size by exhaustively searching the fractional power factor (PPF) and power of 2 (PO2). The algorithm builds an optimal selector that selects the FFT size that best suits the dimensions of the input signal. It does this outside of the main run loop to prepare all the data structures needed for real-time FFT and iFFT transformations. System 200 utilizes a 2D FFT, but in some cases the algorithm may be performed on a 3D FFT.
단계(502)에서, 알고리즘은 FFT 크기에 대한 적용 범위를 정의함으로써 시작된다. 적용 범위는 두 차원(minS, maxS) 모두에서 예상되는 신호 크기를 기반으로 사용자가 입력할 수 있다. 그런 다음 알고리즘(algorithm)(500)은 계획 생성 엔진(plan creation engine)(504) 내에서 최적 크기의 솔루션 공간을 생성한다. 이는 모듈(506)이 FFT의 각 특성 차원(1에서 N 차원으로 확장 가능)을 스위핑하고 주어진 차원 범위 MxN의 모든 주요 역률(PPF) 및 2의 거듭제곱(PO2) 요소를 검색하는 것으로 시작된다. 모듈(508) 내에서 요인의 각 조합에 대해 해당 크기에 대해 최적의 실행 및 메모리가 되는 2D FFT 계획이 생성된다. 조회 알고리즘은 들어오는 치수의 각 세트를 치수보다 크거나 같은 최소 역률로 변환한다. 모듈(510) 내에서 모든 요소 조합을 FFT의 저장 공간에 대한 인덱스와 조합에 대한 역 FFT(IFFT)에 매핑하는 룩업 테이블이 생성되며, 이는 FFT 계산에 사용되는 알고리즘에 대해 최적이 보장된다. 이는 각 차원에서 모든 PPF 조합에 대한 철저한 공간을 생성하고 라이브러리가 특정 조합에 대한 최적의 명령들과 메모리 공간을 선택하기 위해 심층 벤치마킹을 활용하게 한다. 룩업 테이블(lookup table) 세트는, 이러한 데이터 구조의 위치를 색인화하며, 이는 애플리케이션의 빠른 루프(즉, FFT 크기가 동적으로 변경되는 동안) 동안 즉각적인 선택을 허용한다. 원래 범위에 포함된 임의의 들어오는 크기는 알고리즘(500)의 선택 프로세스에 의해 최적의 FFT 솔루션이 할당된다.At step 502, the algorithm begins by defining the coverage area for the FFT size. The coverage area can be entered by the user based on the expected signal magnitude in both dimensions (minS, maxS). Algorithm 500 then creates a solution space of optimal size within plan creation engine 504. This begins with module 506 sweeping each characteristic dimension of the FFT (scalable from 1 to N dimensions) and retrieving all principal power factor (PPF) and power-of-two (PO2) elements of a given dimensional range MxN. Within module 508, for each combination of factors, a 2D FFT plan is generated that is optimal for execution and memory for that size. The lookup algorithm converts each set of incoming dimensions to the minimum power factor that is greater than or equal to the dimensions. Within module 510, a lookup table is created that maps every element combination to an inverse FFT (IFFT) for the combination with an index into the storage space of the FFT, which is guaranteed to be optimal for the algorithm used to compute the FFT. This creates an exhaustive space for all PPF combinations in each dimension and allows the library to utilize deep benchmarking to select the optimal instructions and memory space for a particular combination. A set of lookup tables index the locations of these data structures, allowing for immediate selection during fast loops of the application (i.e., while the FFT size is dynamically changing). Any incoming size included in the original range is assigned an optimal FFT solution by the selection process of algorithm 500.
계획 생성 엔진(504)에서 생성된 계획은 FFT를 적용하기 위해 상관기(229)에 의해 활용될 수 있다. 특히, 추적 시스템(trecking system)(200)으로부터의 입력(512)은 알고리즘(500)에 제공된다. 이는 시스템(200)의 센서 서브시스템(sensor subsystem)(518)으로부터의 입력, 이미지 획득 시스템(image acquisition system)(516)으로부터 들어오는 2D 크기, 및 상관기 동적 신호 크기(correlator dynamic signal sizes)(514)를 포함한다. 상관기(229)에 대한 FFT는 고속 실행 루프(high-rate execution loop)(520) 내에서 실행될 수 있다. 고속 실행 루프(520) 동안, 매핑 테이블 및 기능의 사전 생성은 FFT 계획의 선택이 루프 내 계획 생성에 대한 페널티를 발생시키지 않고 실시간 요구 사항을 충족할 것을 보장한다. 실시간 최적 계획 선택 모듈(real time optimal plan selection module)(522)은 계획 생성 엔진(504)으로부터 최적 계획을 선택한다. 그런 다음 FFT 상관기 알고리즘(524)은, 적응형 크기의 FFT를 사용하여 레퍼런스 이미지와 현재 입력 이미지 사이의 상호 상관을 결정하기 위해, 2D FFT(최적 실행 모듈(526))를 최적으로 실행한다. 결과(results)(528)는 상호 상관을 수행하기 위해 상관기(229)에 의해 활용된다. 계획 생성 파괴 엔진(plan creation destruction engine)(530)은 루프-외 계획 분해(out-of-the-loop plan deconstruction)를 제공하여, 고속 알고리즘 루프 내에서 메모리 할당해제 실행 페널티(deallocation execution penalties)를 보장한다.The plan generated in plan generation engine 504 may be utilized by correlator 229 to apply an FFT. In particular, input 512 from tracking system 200 is provided to algorithm 500. This includes the input from the sensor subsystem 518 of system 200, the 2D size coming from the image acquisition system 516, and the correlator dynamic signal sizes 514. Includes. The FFT for correlator 229 may be executed within a high-rate execution loop 520. During fast execution loop 520, pre-generation of mapping tables and functions ensures that the choice of FFT plan meets real-time requirements without incurring a penalty for in-loop plan generation. A real time optimal plan selection module 522 selects an optimal plan from the plan generation engine 504. The FFT correlator algorithm 524 then optimally executes a 2D FFT (optimal execution module 526) to determine the cross-correlation between the reference image and the current input image using an adaptively sized FFT. Results 528 are utilized by correlator 229 to perform cross-correlation. Plan creation destruction engine 530 provides out-of-the-loop plan deconstruction, reducing memory deallocation execution penalties within fast algorithmic loops. guaranteed.
전체적으로 인터리브 및 병렬 중심, 타겟 레퍼런스, 고속 상관관계 추적을 이용한 타겟의 타겟 추적을 통해, 여기에 설명된 추적 시스템은 추적 드리프트를 방지하고 아티팩트(클러터 및 노이즈)로 인한 손실을 추적하기 위한 견고성을 제공할 수 있으며, 기본적으로 두 추적 모드 중 하나를 선택하여 시야에서 작은 타겟, 큰 타겟 및 과도하게 채워진 타겟을 추적할 수 있다.Overall, through interleaved and parallel centroid, target-to-target tracking using target references and high-speed correlation tracking, the tracking system described here provides robustness for preventing tracking drift and tracking losses due to artifacts (clutter and noise). By default, you can choose between two tracking modes to track small targets, large targets, and overfilled targets in the field of view.
여기에 표시된 구성 요소의 모든 배향과 배치는 단지 예로서 사용되었다. 또한, 대안적인 실시예에서는 여러 요소의 기능이 더 적은 수의 요소 또는 단일 요소에 의해 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 이해될 것이다. 마찬가지로, 일부 실시예에서 임의의 기능 요소는 예시된 실시예에 대해 설명된 것보다 더 적거나 다른 동작을 수행할 수 있다. 또한, 설명을 위해 별개로 표시된 기능 요소는 특정 구현에서 다른 기능 요소 내에 통합될 수 있다. All orientations and arrangements of components shown herein are used as examples only. Additionally, it will be understood by those skilled in the art that in alternative embodiments the functions of several elements may be performed by fewer elements or a single element. Likewise, in some embodiments certain functional elements may perform fewer or different operations than described for the illustrated embodiments. Additionally, functional elements shown separately for illustrative purposes may be integrated within other functional elements in a particular implementation.
본 기술이 바람직한 실시예에 대해 설명되었지만, 당업자는 본 기술의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 본 기술에 대해 다양한 변경 및/또는 수정이 이루어질 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 각 청구항은 원래 청구되지 않았더라도 다중 종속 방식으로 일부 또는 모든 청구항에 종속될 수 있다.Although the present technology has been described with respect to preferred embodiments, those skilled in the art will readily understand that various changes and/or modifications may be made to the present technology without departing from the spirit or scope of the present technology. For example, each claim may be dependent on some or all claims in a multiple dependency manner even if they were not originally claimed.
Claims (20)
상기 타겟의 복수의 이미지를 연속적으로 캡처하도록 구성된 적어도 하나의 이미징 시스템,
상기 이미지로부터 클러터와 노이즈를 필터링하고, 상기 타겟의 중심을 결정하고, 상기 이미지에 기초하여 상기 타겟의 복수의 순환 레퍼런스 이미지를 생성하는 제1 추적기 모드를 실행하도록 구성된 중심 추적기,
상기 타겟의 연속적인 이미지 사이의 시프트를 결정하고 상기 타겟에서 상기 타겟 추적 시스템을 조준하기 위한 오프셋을 생성하기 위해 제2 추적기 모드를 실행하도록 구성된 상관기 추적기
를 포함하고,
상기 상관기 추적기는,
상기 제1 추적기 모드가 실행 중일 때 상기 순환 레퍼런스 이미지를 활용하고,
상기 시스템은,
상기 제1 추적기 모드와 상기 제2 추적기 모드를 동시에 실행하여 상기 타겟을 추적하고, 및 장애에 대한 상기 추적기 모드를 모니터링하는 단계, 및 상기 추적기 모드 중 하나에서 장애가 검출되면, 장애가 검출되지 않은 추적기 모드만 실행하도록 구성되는,
시스템.
In a target tracking system for tracking a target,
At least one imaging system configured to continuously capture a plurality of images of the target,
a centroid tracker configured to filter clutter and noise from the image, determine the center of the target, and execute a first tracker mode to generate a plurality of circular reference images of the target based on the image;
a correlator tracker configured to execute a second tracker mode to determine a shift between successive images of the target and generate an offset for aiming the target tracking system at the target.
Including,
The correlator tracker,
utilizing the circular reference image when the first tracker mode is executing;
The system is,
executing the first tracker mode and the second tracker mode simultaneously to track the target, and monitoring the tracker mode for a failure, and if a failure is detected in one of the tracker modes, a tracker mode in which a failure is not detected is configured to run only,
system.
상기 시스템은,
고에너지 레이저(HEL) 조정 모듈
을 더 포함하고,
상기 HEL 조정 모듈은,
두 개의 스테이지를 실행하도록 구성되고,
상기 두 개의 스테이지는,
HEL 영향 영역을 식별하기 위해 가열 효과로 인한 이미지 내 상기 타겟의 공간 패턴 내 강도 변화를 검출하는 제1 스테이지, 및
강도의 상기 변화가 검출된 후, 상기 이미지 내 상기 타겟의 상기 공간 패턴 내에서 상기 가열 효과를 제거하기 위해 HEL 조정을 켜는 제2 스테이지
를 포함하는,
시스템.
According to paragraph 1,
The system is,
High Energy Laser (HEL) Tuning Module
It further includes,
The HEL adjustment module is,
It is configured to run two stages,
The two stages are,
a first stage that detects intensity changes in the spatial pattern of said target in the image due to heating effects to identify HEL affected areas, and
After the change in intensity is detected, a second stage turns on HEL adjustment to eliminate the heating effect within the spatial pattern of the target in the image.
Including,
system.
상기 HEL 조정이 켜져 있을 때, 상기 시스템은,
상기 HEL 영향 영역 내에 있지 않은 상기 타겟 영역만을 사용하여 상기 타겟을 추적하도록 추가로 구성되는,
시스템.
According to paragraph 2,
When the HEL adjustment is on, the system:
further configured to track the target using only the target area that is not within the HEL area of influence,
system.
상기 시스템은,
상기 HEL 영향 영역에 기초하여 상기 순환 레퍼런스 이미지를 업데이트하도록 추가로 구성되는,
시스템.
According to paragraph 3,
The system is,
further configured to update the circular reference image based on the HEL area of influence,
system.
상기 HEL 조정 모듈이 켜져 있을 때, 상기 시스템은,
상기 이미지 내 상기 타겟의 피크 강도를 지속적으로 모니터링하고 상기 이미지 내 상기 타겟의 피크 강도를 기반으로 상기 시스템 파라미터를 업데이트하도록 구성되는,
시스템.
According to paragraph 3,
When the HEL adjustment module is turned on, the system:
configured to continuously monitor the peak intensity of the target in the image and update the system parameters based on the peak intensity of the target in the image.
system.
상기 HEL 조정 모듈이 켜져 있을 때, 상기 이미징 시스템은,
상기 이미지 내 상기 타겟의 피크 강도를 미리 결정된 범위 내에서 유지하기 위해 상기 이미지 내 상기 타겟의 피크 강도에 기초하여 센서 게인을 조정하도록 구성되는,
시스템.
According to clause 5,
When the HEL adjustment module is turned on, the imaging system:
configured to adjust sensor gain based on the peak intensity of the target in the image to maintain the peak intensity of the target in the image within a predetermined range,
system.
상관관계 추적기는,
상기 중심 추적기의 속도에 비해 비교적 빠른 속도로 실행되는,
시스템.
According to paragraph 2,
The correlation tracker is,
Running at a relatively fast speed compared to the speed of the center tracker,
system.
상기 상관기 추적기 및 상기 중심 추적기로부터의 데이터를 융합하여 상기 타겟의 현재 상태를 추정하도록 구성된 타겟 상태 추정기
를 더 포함하고,
상기 중심 추적기와 상기 상관기 추적기는,
상기 타겟의 추정된 현재 상태에 의존하도록 구성되는,
시스템.
According to paragraph 1,
A target state estimator configured to fuse data from the correlator tracker and the centroid tracker to estimate the current state of the target.
It further includes,
The centroid tracker and the correlator tracker are:
configured to depend on the estimated current state of the target,
system.
상기 시스템은,
상기 타겟의 불규칙한 움직임을 확인하고 상기 타겟에 대한 목표점을 결정하도록 구성된 시선 관리자, 및
HEL
을 더 포함하고,
상기 제1 추적기 모드와 상기 제2 추적기 모드가 동작할 때,
상기 목표점은,
상기 상관기 추적기의 시프트와 상기 HEL 모듈의 업데이트에 의해 조정된 상기 중심 추적기의 상기 중심 위치를 기반으로 하고,
상기 시선 관리자는,
상기 HEL을 조준하기 위한 목표점에 대한 제2 오프셋을 결정하고, 상기 제2 오프셋 및 상기 목표점에 기초하여 상기 타겟에서 상기 HEL을 조준하도록 구성되는,
시스템.
According to paragraph 2,
The system is,
A gaze manager configured to check irregular movements of the target and determine an aiming point for the target, and
HEL
It further includes,
When the first tracker mode and the second tracker mode are operating,
The target point is,
Based on the centroid position of the centroid tracker adjusted by a shift of the correlator tracker and an update of the HEL module,
The gaze manager is,
configured to determine a second offset relative to a target point for aiming the HEL, and aim the HEL at the target based on the second offset and the target point,
system.
상기 시스템은,
상기 시스템이 상기 타겟을 찾는 상기 이미지 내의 경계의 윤곽을 나타내는 게이트를 활용하고, 및
연속적인 순환 레퍼런스 이미지 간의 시프트를 기반으로 상기 게이트 크기를 지속적으로 조정하도록 구성되는,
시스템.
According to paragraph 1,
The system is,
the system utilizes a gate to outline a boundary within the image to locate the target, and
configured to continuously adjust the gate size based on shifts between successive cyclic reference images,
system.
상기 게이트는,
두 개의 동심 영역
을 포함하고,
상기 제1 동심 영역은,
상기 타겟 위치를 결정하는 데 사용되는 상기 타겟 크기의 추정 범위 주변의 버퍼이고,
상기 제2 동심 영역은,
상기 제1 동심 영역 주위의 고리이고,
상기 시스템은,
상기 제2 동심 영역에 기초하여 배경을 추정하도록 구성되는,
시스템.
According to clause 10,
The gate is,
two concentric zones
Including,
The first concentric region is,
A buffer around the estimated range of the target size used to determine the target location,
The second concentric region is,
a ring around the first concentric region,
The system is,
configured to estimate a background based on the second concentric region,
system.
적어도 하나의 이미징 시스템을 사용하여 상기 타겟의 복수의 이미지를 연속적으로 캡처하는 단계,
중심 추적기를 사용하여 제1 추적기 모드를 실행하는 단계,
상관기 추적기를 사용하여 제2 추적기 모드를 실행하는 단계,
상기 제1 추적기 모드와 상기 제2 추적기 모드를 동시에 실행하여 상기 시스템으로 상기 타겟을 추적하는 단계 및 장애에 대한 상기 추적기 모드를 모니터링하는 단계, 및 상기 추적기 모드 중 하나에서 장애가 검출되면, 장애가 검출되지 않은 상기 추적기 모드만 실행하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 추적기 모드는,
상기 이미지로부터 클러터 및 노이즈를 필터링하는 것, 상기 타겟의 중심을 결정하는 것, 상기 이미지에 기초하여 상기 타겟의 복수의 순환 레퍼런스 이미지를 생성하는 것을 포함하고,
상기 제2 추적기 모드는,
상기 타겟의 연속적인 이미지 사이의 시프트를 결정하는 것 및 상기 타겟에서 상기 타겟 추적 시스템을 조준하기 위한 오프셋을 생성하는 것을 포함하고, 상기 상관기 추적기는,
상기 제1 추적기 모드가 실행 중일 때 상기 순환 레퍼런스 이미지를 활용하는,
방법.
In the target tracking method using a target tracking system,
sequentially capturing a plurality of images of the target using at least one imaging system;
executing a first tracker mode using a centroid tracker;
executing a second tracker mode using a correlator tracker;
tracking the target with the system by simultaneously executing the first tracker mode and the second tracker mode and monitoring the tracker mode for a failure, and if a failure is detected in one of the tracker modes, the failure is not detected. Steps to run only the tracker mode, not the above
Including,
The first tracker mode is,
filtering out clutter and noise from the image, determining the center of the target, generating a plurality of circular reference images of the target based on the image,
The second tracker mode is,
determining a shift between successive images of the target and generating an offset for aiming the target tracking system at the target, wherein the correlator tracker comprises:
utilizing the circular reference image when the first tracker mode is executing,
method.
고에너지 레이저(HEL) 조정 모듈을 두 개의 스테이지로 실행하는 단계
를 더 포함하고,
상기 두 개의 스테이지는,
HEL 영향 영역을 식별하기 위해 가열 효과로 인한 상기 이미지 내 상기 타겟의 공간 패턴 내 강도의 변화를 검출하는 것을 포함하는 제1 스테이지, 및
강도의 상기 변화가 검출된 후, 상기 이미지 내 상기 타겟의 상기 공간 패턴 내에서 상기 가열 효과를 제거하기 위해 HEL 조정을 켜는 것을 포함하는 제2 스테이지
를 포함하는,
방법.
According to clause 12,
Steps to run a high-energy laser (HEL) steering module in two stages
It further includes,
The two stages are,
a first stage comprising detecting changes in intensity in the spatial pattern of the target in the image due to heating effects to identify HEL affected areas, and
After the change in intensity is detected, a second stage comprising turning on a HEL adjustment to eliminate the heating effect within the spatial pattern of the target in the image.
Including,
method.
상기 HEL 조정을 켠 후, 상기 HEL 영향 영역 내에 있지 않은 상기 타겟 영역만을 사용하여 상기 타겟을 추적하는 단계, 및
상기 HEL 영향 영역을 기반으로 상기 순환 레퍼런스 이미지를 업데이트하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
According to clause 13,
After turning on the HEL adjustment, tracking the target using only areas of the target that are not within the HEL influence area, and
Updating the circular reference image based on the HEL area of influence.
Containing more,
method.
상기 HEL 조정을 켠 후, 상기 이미지 내 상기 타겟의 피크 강도를 지속적으로 모니터링하는 단계 및 상기 이미지 내 상기 타겟의 피크 강도에 기초하여 상기 시스템의 파라미터를 업데이트하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
According to clause 14,
After turning on the HEL adjustment, continuously monitoring the peak intensity of the target in the image and updating parameters of the system based on the peak intensity of the target in the image.
Containing more,
method.
상기 HEL 조정을 켠 후, 상기 이미지 내 상기 타겟의 피크 강도를 미리 결정된 범위 내로 유지하기 위해 상기 이미지 내 상기 타겟의 상기 피크 강도에 기초하여 상기 이미징 시스템의 센서 게인을 조정하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
According to clause 15,
After turning on the HEL adjustment, adjusting the sensor gain of the imaging system based on the peak intensity of the target in the image to maintain the peak intensity of the target in the image within a predetermined range.
Containing more,
method.
상관관계 추적기는,
상기 중심 추적기의 속도에 비해 비교적 빠른 속도로 실행하고,
상기 방법은,
타겟 상태 추정기로, 상기 상관기 추적기 및 상기 중심 추적기부터의 데이터를 융합하여 상기 타겟의 현재 상태를 추정하는 단계
를 포함하고,
상기 중심 추적기와 상기 상관기 추적기는,
상기 타겟의 추정된 현재 상태에 의존하도록 구성되는,
방법.
According to clause 12,
The correlation tracker is,
Run at a relatively fast speed compared to the speed of the center tracker,
The above method is,
With a target state estimator, fusing data from the correlator tracker and the centroid tracker to estimate the current state of the target.
Including,
The centroid tracker and the correlator tracker are:
configured to depend on the estimated current state of the target,
method.
상기 타겟의 불규칙한 움직임을 확인하는 단계 및 시선 관리자를 사용하여 상기 타겟에 대한 목표점을 결정하는 단계,
HEL을 조준하기 위한 상기 목표점에 대한 제2 오프셋을 결정하는 단계, 및
상기 제2 오프셋과 상기 목표점을 기반으로 상기 타겟에서 상기 HEL을 조준하는 단계
를 더 포함하고,
상기 제1 추적기 모드와 상기 제2 추적기 모드가 동작할 때,
상기 목표점은,
상기 상관기 추적기의 오프셋과 상기 HEL 모듈의 업데이트에 의해 조정된 상기 중심 추적기의 상기 중심 위치를 기반으로 하는,
방법.
According to clause 12,
Checking irregular movements of the target and determining an aiming point for the target using a gaze manager,
determining a second offset relative to the target point for aiming the HEL, and
Aiming the HEL at the target based on the second offset and the target point
It further includes,
When the first tracker mode and the second tracker mode are operating,
The target point is,
Based on the offset of the correlator tracker and the centroid position of the centroid tracker adjusted by an update of the HEL module,
method.
상기 시스템이 상기 타겟을 찾는 상기 이미지 내의 경계의 윤곽을 나타내는 복수의 게이트를 결정하는 단계, 및
연속적인 순환 레퍼런스 이미지 간의 시프트를 기반으로 상기 게이트 크기를 지속적으로 조정하는 단계
를 더 포함하는,
방법.
According to clause 12,
determining a plurality of gates outlining boundaries within the image through which the system locates the target, and
Continuously adjusting the gate size based on shifts between successive cyclic reference images.
Containing more,
method.
게이트는,
두 개의 동심 영역
을 포함하고,
상기 제1 동심 영역은,
상기 타겟 위치를 결정하는 데 사용되는 상기 타겟 크기의 추정 범위 주변의 버퍼이고,
상기 제2 동심 영역은,
상기 제1 동심 영역 주위의 고리이고,
상기 방법은,
상기 제2 동심 영역에 기초하여 배경을 추정하도록 구성되는,
방법.According to clause 19,
The gate is,
two concentric zones
Including,
The first concentric region is,
A buffer around the estimated range of the target size used to determine the target location,
The second concentric region is,
a ring around the first concentric region,
The above method is,
configured to estimate a background based on the second concentric region,
method.
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