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
【專利摘要】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，(1)構(gòu)造多線列時(shí)差掃描探測(cè)裝置；(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)；(3)分別將每個(gè)線列探測(cè)器所采集的Nt組圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到亞像元圖像；(4)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??；(6)分別對(duì)步驟(5)中提取的成對(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)速度和方向；對(duì)步驟(6)得到的運(yùn)動(dòng)速度和方向求取均值，得到所探測(cè)目標(biāo)的速度和方向。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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。 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)】
[0002] 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】

[0003] 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。
[0004] 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：
[0005] (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)器之間的距離為屯，其中i = l，2，一，Nd_l ; 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

【權(quán)利要求】
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(cè)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(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4，其中i = l，2，一，Nd_l ; 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dmin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Nd取值范圍 為 Nd > 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Nt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St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St取值范圍為St彡2 ; (3) 分別將每個(gè)線列探測(cè)器所采集的Nt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??；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Dp探測(cè)的目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度vmax ; (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Vi和方向θ ?; (7) 對(duì)步驟（6)得到的運(yùn)動(dòng)速度Vi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
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)探測(cè)方法，其特 征在于：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Nt個(gè)探測(cè)陣列同時(shí)成像，得到Nt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Nt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； (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(cè)器對(duì)應(yīng)得到的幀探測(cè)圖 像按照時(shí)間進(jìn)行拼接得到對(duì)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)探測(cè)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(cè)器對(duì)應(yīng)的亞像元圖像為基準(zhǔn)，將后成像的線列探測(cè)器對(duì)應(yīng)的亞像元圖像在掃描方向向前 移動(dòng)& =4^行，Lpi取整數(shù)行，線列探測(cè)器陣列像元尺寸為aXa。 a
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多線列時(shí)差掃描的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度探測(cè)方法，其特征 在于：所述步驟（4)中的濾波采用閾值濾波的方式，具體過程如下： (4. 1)對(duì)步驟（3)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/廣《; (4.2)圖像/廣取絕對(duì)值，記為圖像/廣2; (4. 3)將/^2相鄰的數(shù)個(gè)圖像列分為一組，分為Nsub個(gè)子圖像；子圖像的列數(shù)Lsub = H/Nsub，Η為圖像的總列數(shù)；同時(shí)對(duì)圖像/廣1采用與圖像/，2相同的方式進(jìn)行分組，圖像 /廣 1與/廣12的子圖像--對(duì)應(yīng)； (4. 4)從/廠62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，或比第一個(gè)像素的像素稍大的值； (4. 5)將當(dāng)前子圖像當(dāng)前行內(nèi)的Lsub個(gè)像元的像素值依次與閾值初值Τ相對(duì)比，如果像 素值超過閾值初值T，則按照式（a)對(duì)T提高一定幅度： = T+0. 5k(VrT) (a) τ = r 其中k為系數(shù)，根據(jù)圖像信噪比進(jìn)行調(diào)整，'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Tr ; (4. 6)利用上述得到的最終閾值?；對(duì)/Γ61中對(duì)應(yīng)子圖像的對(duì)應(yīng)行進(jìn)行閾值濾波，即對(duì) 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)記為〇 ; (4.7)將步驟（4.5)最終得到的閾值?；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. 5m)Tr (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(duì)圖像 所有子圖像所有行的閾值濾波處理，記為圖像/廠； (4. 9)遍歷/廣的每一列，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，否則將訪像素標(biāo)記為0 ; 完成/-'所有像素遍歷后，記為圖像。
【文檔編號(hào)】G06T7/20GK104156977SQ201410318164
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】董小萌, 王世濤, 王虎妹, 金挺, 高宏霞, 孫曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)空間技術(shù)研究院