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
【專(zhuān)利摘要】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，(1)構(gòu)造雙線列探測(cè)器成像裝置；(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；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；(4)對(duì)步驟(3)中差分得到殘差圖像進(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(guò)程中運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)探測(cè)提取；根據(jù)不同線列探測(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ΔD，探測(cè)的目標(biāo)最小運(yùn)動(dòng)速度vmin，探測(cè)的目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度vmax，線列探測(cè)器的地面采樣距離GSD。
【專(zhuān)利說(shuō)明】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

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標(biāo)探測(cè)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) 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(wú)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(guò) 程中并沒(méi)有充分利用目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息，因此往往具有較高的虛警率，為提高探測(cè)精度需要 采用復(fù)雜的目標(biāo)檢測(cè)算法，降低了數(shù)據(jù)處理效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)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)探測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)快速探測(cè)檢測(cè)，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)展米樣的點(diǎn)目標(biāo)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 = 1，2,…，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(guò)焦平面上前后排列的多線列探測(cè)器，掃描角速率為ω ;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，任意兩個(gè)線列成像時(shí)間間隔

【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)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 = 1，2,…，Nd-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(guò)焦平面上前后排列的多線列探測(cè)器，掃描角速率為ω ;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，任意兩個(gè)線列成像時(shí)間間隔
，任意 兩個(gè)線列探測(cè)器可探測(cè)運(yùn)動(dòng)速度大于^的目標(biāo)，其中
；其中△(!為任意兩個(gè) 線列探測(cè)器之間距離，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(kāi)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；選取 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； (4) 對(duì)步驟（3)中差分得到殘差圖像進(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(guò)程中運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)提取；根據(jù)不同線列探測(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AD，探測(cè)的 目標(biāo)最小運(yùn)動(dòng)速度vmin，探測(cè)的目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度vmax。
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(guò)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（3)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)
行，LAd取整數(shù)行，線列探測(cè)器陣列像元尺寸為aXa ;在此基礎(chǔ)上再采用亞 像素匹配準(zhǔn)方法進(jìn)行匹配。
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)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(guò)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，得到圖像Isubl ; (4. 2)圖像Isubl取絕對(duì)值，記為圖像Isub2 ; (4. 3)將Isub2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 = Η/ Nsub，Η為圖像Isub2的總列數(shù)；同時(shí)對(duì)圖像Isubl采用與圖像I sub2相同的方式進(jìn)行分組，圖像 ISUbl與ISUb2的子圖像 對(duì)應(yīng)； (4.4)從1_2當(dāng)前子圖像的第一行記為當(dāng)前行開(kāi)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T相對(duì)比，如果像 素值超過(guò)閾值初值T，則按照式（a)對(duì)T提高一定幅度： = T+0.5k(YrT) (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i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，得到當(dāng)前子圖像當(dāng)前行r的最終濾波閾值?；; (4. 6)利用上述得到的最終閾值?；對(duì)Isubl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(kāi)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 Isubl所有子圖像所有行的閾值濾波處理，記為圖像U lab ; (4. 9)遍歷Γ lab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)記為〇 ;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 〇;完成Γ lab所有像素遍歷后，記為圖像Ilab。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4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（4. 1)中的增強(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為增強(qiáng)系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06T7/20GK104143196SQ201410319201
【公開(kāi)日】2014年11月12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】王世濤, 董小萌, 王虎妹, 高宏霞, 金挺, 孫曉峰 申請(qǐng)人:中國(guó)空間技術(shù)研究院