[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(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410318164.9
• 申請(qǐng)日: 2014-07-04
• 公開（公告）號(hào): 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(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06T7/33
• 分類號(hào): G06T7/33
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 龐靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于目標(biāo)探測(cè)圖像處理領(lǐng)域，涉及一種基于多線列時(shí)差掃描擴(kuò)展采樣的點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測(cè)方法。

背景技術(shù)

復(fù)雜背景下弱小運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)技術(shù)的研究在民用、航天和軍事中有重要應(yīng)用。由于成像距離遠(yuǎn)及復(fù)雜背景的影響，目標(biāo)在圖像中成點(diǎn)狀，缺乏足夠的紋理信息和形狀信息，并且圖像中的目標(biāo)信噪比很低，這大大增加了弱小目標(biāo)探測(cè)的難度。目前通用的光學(xué)成像探測(cè)系統(tǒng)一般采用單一的探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)成像，對(duì)所獲取的圖像，采用基于濾波的方法、基于小波的方法，基于形態(tài)學(xué)的方法等，進(jìn)行單幀背景抑制，在單幀圖像上進(jìn)行疑似目標(biāo)提取，后利用多幀關(guān)聯(lián)的方式進(jìn)行目標(biāo)軌跡擬合，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)。這種探測(cè)體制往往受復(fù)雜背景的影響，無法在單幀圖像上可靠的進(jìn)行目標(biāo)提取，同時(shí)這種探測(cè)體制在目標(biāo)提取過程中并沒有充分利用目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息，無法通過一次掃描進(jìn)行目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度的估計(jì)，需要通過多次掃描，利用多幀軌跡分析，才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度分析計(jì)算，降低了目標(biāo)探測(cè)的實(shí)效性，提高了探測(cè)數(shù)據(jù)分析處理的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于多線列時(shí)差掃描擴(kuò)展采樣的點(diǎn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)不同速度范圍目標(biāo)速度快速分析計(jì)算，提高復(fù)雜背景環(huán)境下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)的能力。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：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(cè)方法，步驟如下：

(1)構(gòu)造多線列時(shí)差掃描探測(cè)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(cè)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(cè)器包含N_d個(gè)線列探測(cè)器，每個(gè)線列探測(cè)器平行排列，相鄰兩個(gè)線列探測(cè)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(chǎng)內(nèi)場(chǎng)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(chǎng)內(nèi)的場(chǎng)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(cè)器，掃描角速率為多個(gè)線列探測(cè)器對(duì)視場(chǎng)內(nèi)同一位置場(chǎng)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(cè)器之間的最小排列距離，v_min可探測(cè)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(cè)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(cè)器采用擴(kuò)展采樣方式進(jìn)行點(diǎn)目標(biāo)探測(cè)，即線列探測(cè)器采用N_t個(gè)探測(cè)陣列組成，像元對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)視場(chǎng)為IFOV，相鄰兩個(gè)探測(cè)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(cè)陣列在掃描方向、在一個(gè)采樣長(zhǎng)度內(nèi)采樣S_t次；所述采樣長(zhǎng)度為像元對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)視場(chǎng)；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(cè)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(duì)相鄰兩個(gè)線列探測(cè)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(duì)步驟(4)中相鄰兩個(gè)線列探測(cè)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(duì)，完成一次掃描過程中運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)探測(cè)提取；根據(jù)相鄰線列探測(cè)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(cè)的目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度v_max；

(6)對(duì)步驟(5)中分別提取的成對(duì)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(duì)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(cè)目標(biāo)的速度和方向，即

所述步驟(3)中的將每個(gè)線列探測(cè)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(cè)器中的N_t個(gè)探測(cè)陣列同時(shí)成像，得到N_t組圖像數(shù)據(jù)；之后立即轉(zhuǎn)入步驟(3.2)；于此同時(shí)，每個(gè)線列探測(cè)器按照步驟(2)中設(shè)置采樣次數(shù)對(duì)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)，得到數(shù)據(jù)后立即轉(zhuǎn)入步驟(3.2)；

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