专利名称：多模态的多目标特征获取方法
技术领域：
本发明属于数字图像处理和自动控制领域，具体涉及一种二维扫描镜的多模态指向控制方法。
背景技术：
近年来遥感光谱探测设备的性能不断得到提升和完善。利用不同物质具有不同的光谱特性曲线这一性质，将物质红外光谱分辨率和物体红外成像空间分辨率结合起来进行物质辨识，能极大的提高探测和识别能力。通常对场景光谱数据的采集使用成像多光谱/ 超光谱传感器，进行一次数据采集的过程是对其视场内每一个象素对应的场景区域采集特定波长范围的光谱数据，每次采集的数据形成一个数据立方体，该立方体具有两个空间维度和一个光谱维度。然而，在许多实际应用中，需要利用光谱特性对运动目标进行检测识别，如运动的车辆、海面的轮船、天空中的飞机等。对运动目标光谱数据采集要求反应速度足够快，并且能够对目标进行自动捕获、跟踪。对于多个运动目标的光谱采集，现有多光谱/超光谱成像传感器存在以下缺点(一 )因为需要在每个象素、每个精细谱段处采集数据，导致积分时间长，反应速度慢，难以适应对运动目标的测量；(二)不能对目标进行自动捕获、跟踪，无法测量多个运动目标的光谱；(三)价格极其昂贵。因此，迫切需要提出一种多模态指向控制与测量方法，实现对目标的自动捕获、跟踪，并能将光轴中心逐一地对准各个目标，在有限时间、有限指向变化速度的约束下，尽可能多的测量运动目标的光谱。对多个运动目标的自动光谱测量存在以下难点(1)需要对各个目标的运动位置进行预测，智能确定感兴趣目标的测量顺序，实现光轴中心在多个运动目标间的自动切换。测量目标光谱时必须将目标置于视场的中心，从而限制了设备一次只能采集一个目标的光谱。采集其中一个目标光谱的同时，其它目标也在运动，并有可能离开视场。这就要求设备能够计算目标的表观运动速度，对各个目标的运动位置进行预测，依据一定的准则智能确定感兴趣目标的测量顺序，以此实现在多个运动目标之间的自动切换，将各个目标逐一置于视场中心；(2)光轴指向即视场中心要始终自动跟随目标运动。对目标的光谱测量并非是在一瞬间完成，而是需要至少200ms的积分时间，对于表观速度快的运动目标，手动对准已不能保持目标位于视场中心。这就要求设备能够自动跟踪目标；(3)集光、机、电、处理、控制于一体的设备。研制一台具备对多运动目标自动光谱测量功能的设备，涉及光学设计，机械设计加工，电路设计，信号处理以及自动控制等多方面的理论和技术，研制难度较高，国内外尚未见具备此种功能的设备。
发明内容
本发明提供多模态的多目标特征获取方法，能够对多个运动目标进行自动跟踪和光谱米集。多模态的多目标特征获取方法，具体为针对静止或慢速运动的多目标选择常规模态，针对快速运动的多目标选择快响应模态，针对时变目标选择专注模态；所述常规模态具体为捕获全视场内的目标，逐一跟踪各目标，并获取各目标的光谱；所述快响应模态具体为捕获全视场内的目标，测量各目标的运动速度，依据目标位置和运动速度确定目标测量顺序，进而按目标测量顺序逐一跟踪各目标并获取各目标的光谱；所述测量顺序的优先级从高至低依次为(1)在光轴指向范围的边界附近，正向边界运动的目标；(2)处于光轴指向范围的内部，正向边界移动的目标；(3)向光轴指向范围内侧移动的目标；(4)在视场内静止不动的目标；处于上述任意同一优先级的目标测量排序满足运动速度快的目标优先测量；所述专注模态具体为持续跟踪某一时变目标，并获取时变目标的光谱。按照下方式捕获目标利用二维扫描转镜对全视场进行扫描获取多帧图像，记录各帧图像中的感兴趣目标位置，再进行感兴趣目标位置关联最终确定目标。按照如下方式测量各目标的运动速度、帧到、帧图像中的目标像素坐标差除以 、帧与、帧图像间的时间间隔即得目标的运动速度。本发明具有以下优点(1)对感兴趣目标区域局部检测，局部测量光谱。现有的成像光谱全图测量光谱， 产生的数据量巨大，耗时长，再加上极其昂贵的价格，使得成像光谱仪难以得到广泛应用； 本发明使得图谱一体化的设备具有自动检测、捕获、锁定目标的功能，能够有选择地对局部目标区域进行检测和光谱采集，减小了数据量，提高了设备的智能化水平；(2)可以智能确定感兴趣目标的测量顺序，能够在有限时间、有限指向变化速度的约束下，尽可能多的获取感兴趣目标的光谱信息；(3)实现对多个运动目标进行自动跟踪测量。本发明可以对各个目标速度进行计算，以此预测目标的运动位置，实现对每个目标的跟踪、锁定、测量以及目标间的自动切换。本发明优化了图谱一体化设备的测量方法，使图谱一体化设备更加灵巧化、智能化，同时也节约了设备成本，使得图谱一体化的测量、识别方法与设备能够得到更为广泛的应用。
图1为图谱一体化的目标捕获、跟踪与光谱测量设备结构示意图；图2为二位转镜结构示意图；图3为感兴趣目标运动方向分解示意图；图4为目标在视场中距离视场中心像素差的计算方法示意图；图5为多模态选择示意图；图6为扫描镜全视场扫描方案示意图；图7为常规模态处理流程图8为快响应模态处理流程图；图9为专注模态处理流程图；图10多目标捕获、跟踪与光谱测量实例。
具体实施例方式以下结合附图和实例对本发明进行进一步说明。图1给出图谱一体化设备，实现本发明方法的二维扫描转镜该设备8前端的组件。 图谱一体化设备包括以下主要部件，红外窗口 1、二位转台与反射镜2、长波红外成像传感器与中波红外非成像光谱传感器共光路的探测系统3和工控机4 (接收长波红外图像5和光谱数据6，通过串口 7控制转镜)。如图2所示，采用的二维扫描转镜是由一个二维转台负载一面反射镜组成的。平面镜垂数值固定在转台的负载平台上。二维转台为“T”型结构，即水平偏转轴和俯仰旋转轴呈“T”字型。二维转台的水平偏转和俯仰带动平面镜偏转和俯仰运动，灵活地改变设备的视场方向。图3为目标在三维空间中运动方向的分解示意图。将目标在三维空间中的运动分解为X，y，ζ三个方向，其中，目标沿ζ轴方向的运动不改变视场中的坐标，沿X，y方向的运动改变视场中的坐标。图4为目标在长波红外成像视场中距离视场中心像素差的计算方法示意图。视场中心的像素坐标为(Xtl，％)，目标在视场中的像素坐标为(X，y)，将像素坐标差沿X，y两个方向分解为(Δχ，Ay)
权利要求
1.多模态的多目标特征获取方法，具体为针对静止或慢速运动的多目标选择常规模态，针对快速运动的多目标选择快响应模态，针对时变目标选择专注模态；所述常规模态具体为捕获全视场内的目标，逐一跟踪各目标，并获取各目标的光谱；所述快响应模态具体为捕获全视场内的目标，测量各目标的运动速度，依据目标位置和运动速度确定目标测量顺序，进而按目标测量顺序逐一跟踪各目标并获取各目标的光谱；所述测量顺序的优先级从高至低依次为(1)在光轴指向范围的边界附近，正向边界运动的目标；(2)处于光轴指向范围的内部，正向边界移动的目标；(3)向光轴指向范围内侧移动的目标；(4)在视场内静止不动的目标；处于上述任意同一优先级的目标测量排序满足运动速度快的目标优先测量；所述专注模态具体为持续跟踪某一时变目标，并获取时变目标的光谱。
2.根据权利要求1所述的多目标特征获取方法，其特征在于，按照下方式捕获目标利用二维扫描转镜对全视场进行扫描获取多帧图像，记录各帧图像中的感兴趣目标位置，再进行感兴趣目标位置关联最终确定目标。
3.根据权利要求1或2所述的多目标特征获取方法，其特征在于，按照如下方式测量各目标的运动速度、帧到、帧图像中的目标像素坐标差除以、帧与、帧图像间的时间间隔即得目标的运动速度。
全文摘要
本发明公开了多模态的多目标特征获取方法，针对静止或慢速运动的多目标、快速运动的多目标和时变目标选择不同的测量顺序进行目标光谱采集。本发明智能确定感兴趣目标的测量顺序，能够在有限时间、有限指向变化速度的约束下，尽可能多的获取多个感兴趣目标的光谱信息。
文档编号G06T7/20GK102324023SQ20111026049
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者付平, 余鹏先, 刘祥燕, 张伟, 张天序, 戴小兵, 方正, 李 浩, 李高飞, 杨卫东 申请人:华中科技大学