[發(fā)明專利]白天強天光背景暗弱目標識別裝置及識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310109280.9
• 申請日: 2023-02-14
• 公開（公告）號: CN115826075B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 王建立;姚凱男;徐志強;陳寶剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01V8/10
• 分類號: G01V8/10;G01J5/48;G01J5/02
• 代理公司: 深圳市科進知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 劉建偉

1.一種白天強天光背景暗弱目標識別裝置，其特征在于，包括望遠鏡主光學單元（100）、探測器單元（200）及圖像處理單元（10），所述望遠鏡主光學單元（100）包括主鏡（1）及次鏡（2），所述探測器單元（200）包括分光鏡（6）、可見光探測器（7）、短波紅外探測器（8）及同步觸發(fā)器（9），所述同步觸發(fā)器（9）與所述可見光探測器（7）及所述短波紅外探測器（8）均電性連接，所述可見光探測器（7）設置于光學系統(tǒng)的離焦位置，所述圖像處理單元（10）與所述可見光探測器（7）及所述短波紅外探測器（8）均電性連接；其中：

光束經(jīng)所述主鏡（1）反射后進入所述次鏡（2），再經(jīng)所述次鏡（2）入射進入所述分光鏡（6），可見光波段的光束經(jīng)所述分光鏡（6）反射至所述可見光探測器（7），短波紅外波段的光束經(jīng)所述分光鏡（6）透射至所述短波紅外探測器（8），所述同步觸發(fā)器（9）控制所述可見光探測器（7）及所述短波紅外探測器（8）以保證同一中間時刻曝光，并同時傳輸至所述圖像處理單元（10），所述圖像處理單元（10）利用可見光天光背景信號完成短波紅外波段天光背景建模，再結(jié)合實測短波紅外目標圖像，得到目標提取結(jié)果;

所述圖像處理單元（10）包括離線背景定標模塊及在線目標探測模塊，其中：

所述離線背景定標模塊利用積分球產(chǎn)生隨機亮度背景光源，在所述同步觸發(fā)器（9）作用下所述可見光探測器（7）和所述短波紅外探測器（8）同時曝光，再聯(lián)合所述圖像處理單元（10）記錄所述可見光探測器（7）和所述短波紅外探測器（8）的圖像數(shù)據(jù)構成深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型訓練集；

所述在線目標探測模塊在線目標探測時，強天光背景暗弱目標圖像經(jīng)所述分光鏡（6）分別進入所述可見光探測器（7）和所述短波紅外探測器（8），再聯(lián)合所述圖像處理單元（10）將可見光圖像輸入已訓練好的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型中生成所述短波紅外探測器（8）對應的天光背景圖像，再將其與所述短波紅外探測器（8）圖像相結(jié)合從而剔除背景，實現(xiàn)目標圖像的最終提取;

所述深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡模型的結(jié)構包括：特征提取層、特征映射層及背景重建層，其中：

所述特征提取層用于從輸入可見光圖像中提取若干特征，其公式表示為：

式中：?表示輸入圖像，?為該層輸出的個特征映射，?表示圖像卷積，?表示卷積核，此處卷積核維度為，?表示維偏置向量；

所述特征映射層用于實現(xiàn)可見光圖像特征向量與短波紅外圖像特征向量間的非線性映射，其公式表示為：

式中，?表示卷積核，此處卷積核維度為，數(shù)量為,表示該層維偏置向量；

所述背景重建層用于生成最終與可見光圖像存在映射關系的短波紅外背景模型，其公式表示如下：

上式中表示最終輸出的背景模型圖像，卷積核維度為，數(shù)量為,表示該層維偏置向量。

2.如權利要求1所述的白天強天光背景暗弱目標識別裝置，其特征在于，所述主鏡（1）及次鏡（2）形成卡塞格林結(jié)構，所述望遠鏡主光學單元（100）還包括設置于所述次鏡（2）外圍的次鏡遮光闌（3）、設置于所述主鏡（1）外圍的主鏡筒擋光環(huán)（4）及設置于所述主鏡（1）中心位置的主鏡遮光筒（5）。

3.如權利要求1所述的白天強天光背景暗弱目標識別裝置，其特征在于，所述分光鏡（6）采用400nm~900nm高反、900nm~1700nm高透分光膜系設計。

4.如權利要求1所述的白天強天光背景暗弱目標識別裝置，其特征在于，所述在線目標探測模塊，數(shù)學表達式如下：

式中，?表示實測目標信號的短波紅外圖像，表示利用可見光圖像生成的短波紅外天光背景圖像，?為最終的目標信號圖像。

5.一種如權利要求1所述的白天強天光背景暗弱目標識別裝置的識別方法，其特征在于，包括下述步驟：

光束經(jīng)所述主鏡（1）反射后進入所述次鏡（2），再經(jīng)所述次鏡（2）入射進入所述分光鏡（6）；

可見光波段的光束經(jīng)所述分光鏡（6）反射至所述可見光探測器（7），短波紅外波段的光束經(jīng)所述分光鏡（6）透射至所述短波紅外探測器（8）；

所述同步觸發(fā)器（9）控制所述可見光探測器（7）及所述短波紅外探測器（8）以保證同一中間時刻曝光，并同時傳輸至所述圖像處理單元（10）；

所述圖像處理單元（10）利用可見光天光背景信號完成短波紅外波段天光背景建模，再結(jié)合實測短波紅外目標圖像，得到目標提取結(jié)果。