[發(fā)明專利]基于多線列時(shí)差掃描擴(kuò)展采樣的點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測方法

有效

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• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104156977B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董小萌;王世濤;王虎妹;金挺;高宏霞;孫曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 龐靜

1.一種基于多線列時(shí)差掃描擴(kuò)展采樣的點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測方法，其特征在于步驟如下：

(1)構(gòu)造多線列時(shí)差掃描探測裝置，該裝置包括光學(xué)系統(tǒng)、掃描機(jī)構(gòu)和多線列探測器；所述的掃描機(jī)構(gòu)包括擺鏡及其驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸；所述的多線列探測器包含N_d個(gè)線列探測器，每個(gè)線列探測器平行排列，相鄰兩個(gè)線列探測器之間的距離為d_i，其中i＝1,2,…,N_d-1；光學(xué)系統(tǒng)和掃描機(jī)構(gòu)一起將視場內(nèi)場景成像于焦平面，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)擺鏡旋轉(zhuǎn)，線視場內(nèi)的場景所成像以一定的速率掃過焦平面上前后排列的多線列探測器，掃描角速率為多個(gè)線列探測器對視場內(nèi)同一位置場景先后成像，相鄰兩個(gè)線列成像時(shí)間間隔其中d_min為相鄰兩個(gè)線列探測器之間的最小排列距離，v_min可探測的目標(biāo)最小運(yùn)動(dòng)速度，f為光學(xué)系統(tǒng)焦距，GSD為線列探測器的地面采樣距離；所述N_d取值范圍為N_d≥2；

(2)每個(gè)線列探測器采用擴(kuò)展采樣方式進(jìn)行點(diǎn)目標(biāo)探測，即線列探測器采用N_t個(gè)探測陣列組成，像元對應(yīng)的瞬時(shí)視場為IFOV，相鄰兩個(gè)探測陣列平行排列，在垂直掃描方向依次錯(cuò)開1/N_t個(gè)像元，并設(shè)置探測陣列在掃描方向、在一個(gè)采樣長度內(nèi)采樣S_t次；所述采樣長度為像元對應(yīng)的瞬時(shí)視場；所述的N_t大于等于2；所述S_t取值范圍為S_t≥2；

(3)分別將每個(gè)線列探測器所采集的N_t組圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到亞像元圖像；

(4)分別對相鄰兩個(gè)線列探測器處理后的兩幅亞像元進(jìn)行非均勻性校正、亞像素匹配后進(jìn)行差分計(jì)算，完成背景消除；

(5)分別對步驟(4)中相鄰兩個(gè)線列探測器處理后的差分圖像進(jìn)行閾值濾波，并采用鄰域約束準(zhǔn)則提取其中的正負(fù)點(diǎn)對，完成一次掃描過程中運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)探測提取；根據(jù)相鄰線列探測器成像時(shí)差和目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度形成鄰域約束準(zhǔn)則為其中正負(fù)區(qū)域距離D_i，探測的目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度v_max；

(6)對步驟(5)中分別提取的成對的正負(fù)標(biāo)記區(qū)域，根據(jù)正負(fù)標(biāo)記區(qū)域的位置關(guān)系，計(jì)算目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度v_i和方向θ_i；

(7)對步驟(6)得到的運(yùn)動(dòng)速度v_i和方向θ_i求取均值，得到所探測目標(biāo)的速度和方向，即

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多線列時(shí)差掃描擴(kuò)展采樣的點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測方法，其特征在于：所述步驟(3)中的將每個(gè)線列探測器所采集的N_t組圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到亞像元圖像的方式，具體過程如下：

(3.1)每個(gè)線列探測器中的N_t個(gè)探測陣列同時(shí)成像，得到N_t組圖像數(shù)據(jù)；每個(gè)線列探測器按照步驟(2)中設(shè)置采樣次數(shù)對應(yīng)的采樣間隔在掃描方向進(jìn)行掃描成像，每次成像分別得到N_t組圖像數(shù)據(jù)，每次得到N_t組圖像數(shù)據(jù)后都立即轉(zhuǎn)入步驟(3.2)；

(3.2)分別將每個(gè)線列探測器的N_t組圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行對齊拼接處理后形成一幀探測圖像；

(3.3)在掃描方向上完成預(yù)設(shè)的采樣次數(shù)后，將每個(gè)線列探測器對應(yīng)得到的幀探測圖像按照時(shí)間進(jìn)行拼接得到對應(yīng)的亞像元圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多線列時(shí)差掃描擴(kuò)展采樣的點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測方法，其特征在于：在所述步驟(4)中的兩幅亞像元圖像進(jìn)行亞像素匹配之前，以在先成像的線列探測器對應(yīng)的亞像元圖像為基準(zhǔn)，將后成像的線列探測器對應(yīng)的亞像元圖像在掃描方向向前移動(dòng)行，L_pi取整數(shù)行，線列探測器陣列像元尺寸為a×a。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多線列時(shí)差掃描擴(kuò)展采樣的點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測方法，其特征在于：所述步驟(5)中的濾波采用閾值濾波的方式，具體過程如下：

(4.1)對步驟(4)處理后得到的差分圖像中的每個(gè)像元進(jìn)行增強(qiáng)處理，即待處理像元處理后的像素值＝待處理像元的像素值*α+四鄰域像元的像素值，α取2～4，處理后得到圖像

(4.2)圖像取絕對值，記為圖像

(4.3)將相鄰的數(shù)個(gè)圖像列分為一組，分為N_sub個(gè)子圖像；子圖像的列數(shù)L_sub＝H/N_sub,H為圖像的總列數(shù)；同時(shí)對圖像采用與圖像相同的方式進(jìn)行分組，圖像與的子圖像一一對應(yīng)；

(4.4)從當(dāng)前子圖像的第一行記為當(dāng)前行開始，設(shè)定一個(gè)閾值初值T，T取第一個(gè)像素的像素值；

(4.5)將當(dāng)前子圖像當(dāng)前行內(nèi)的L_sub個(gè)像元的像素值依次與閾值初值T相對比，如果像素值超過閾值初值T，則按照式(a)對T提高一定幅度：

T′＝T+0.5^k(V_j-T) (a)

T＝T′

其中k為系數(shù)，根據(jù)圖像信噪比進(jìn)行調(diào)整，V_j代表當(dāng)前子圖像當(dāng)前行的第j個(gè)像元的像素值；

在當(dāng)前行的最后一個(gè)像元處理之后得到的T，即為當(dāng)前子圖像當(dāng)前行r的最終濾波閾值T_r；

(4.6)利用上述得到的最終閾值T_r對中對應(yīng)子圖像的對應(yīng)行進(jìn)行閾值濾波，即對于同一行圖像內(nèi)，將大于濾波閾值的像素標(biāo)記為1；如果像素值為負(fù)，則將小于濾波閾值負(fù)值的像素標(biāo)記為-1；其余的像素均標(biāo)記為0；

(4.7)將步驟(4.5)最終得到的閾值T_r按公式(b)進(jìn)行比例降低，做為當(dāng)前子圖像下一行的閾值初值：

T＝(1-0.5^m)T_r (b)

其中m為比例系數(shù)；

將當(dāng)前子圖像下一行作為當(dāng)前行，從步驟(4.5)開始執(zhí)行，直至當(dāng)前子圖像所有行處理完畢；

(4.8)選擇下一子圖像作為當(dāng)前子圖像，重復(fù)步驟(4.4)～(4.7)，直至完成對圖像所有子圖像所有行的閾值濾波處理，記為圖像

(4.9)遍歷的每一列，如果連續(xù)2個(gè)以上像素被標(biāo)為1，則保留原標(biāo)不變，否則將該像素標(biāo)記為0；如果連續(xù)2個(gè)以下像素被標(biāo)記為-1，則保留原標(biāo)記，否則將該像素標(biāo)記為0；完成所有像素遍歷后，記為圖像