一种红外目标探测平台及其探测方法与流程

本发明涉及红外探测技术领域，尤其涉及一种红外目标探测平台及其探测方法。

背景技术：

红外探测器可以实现昼夜目标的有效探测，实现大视角远距离的目标探测通常采用多探测器拼接、探测器运动消旋、探测器步进凝视等技术手段，由于上述技术手段存在较大的技术难度，且红外探测器价格高、消旋及步进凝视技术的机械结构和控制算法复杂，导致采用上述技术手段的产品技术的价格昂贵，从而使得产品很难在民用市场上得到推广应用，且上述方法获得的红外图像的清晰度不够，探测距离受限。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种红外目标探测平台及其探测方法，以提高探测的红外图像的清晰度，提高探测距离，降低探测成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种红外目标探测平台，包括：

红外探测器，用于探测目标的红外图像信息；

反射装置，用于在驱动机构的带动下进行间歇运动以扩展所述红外探测器的水平成像视角；

驱动机构，用于根据运动曲线信息带动所述反射装置在预设的第一位置和第二位置之间进行间歇运动，其中，所述第一位置和第二位置之间设有若干个凝视位置；

控制器，用于产生所述运动曲线信息，将所述运动曲线信息发送至所述驱动机构；

信息处理器，用于接收所述红外图像信息，根据所述红外图像信息生成全景图；还用于根据相邻时刻的全景图对目标进行检测和分析，以获取目标的运动轨迹；

所述红外探测器与所述反射装置的镜面呈角度设置，所述反射装置与所述驱动机构同轴安装，所述控制器与所述驱动机构通讯连接，所述信息处理器与所述红外探测器连接。

优选地，还包括：与所述驱动机构同轴安装的阻尼装置，所述阻尼装置用于增加所述驱动机构的转动摩擦力。

优选地，所述阻尼装置包括阻尼轴、设于所述阻尼轴上的套圈和垫片，所述阻尼轴与所述驱动机构的轴连接。

优选地，还包括外侧开口的调焦结构，所述调焦结构套设在所述红外探测器上用于调整所述红外探测器的焦距。

优选地，所述反射装置包括反射镜、与所述反射镜连接的支架和与所述支架通过轴承连接的联轴器，所述联轴器与所述驱动机构的轴连接。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种应用于上述的红外目标探测平台的探测方法，包括：

控制器产生运动曲线信息，将所述运动曲线信息发送至驱动机构；

驱动机构根据运动曲线信息带动反射装置在预设的第一位置和第二位置间歇运动；其中，所述第一位置和第二位置之间设有若干个凝视位置；

反射装置在驱动机构的带动下进行间歇运动以扩展红外探测器的水平成像视角；

红外探测器探测目标的红外图像信息，将所述红外图像信息反馈给信息处理器，由信息处理器根据红外图像信息生成全景图，并根据相邻时刻的全景图对目标进行检测和分析，以获取目标的运动轨迹。

优选地，所述红外目标探测平台还包括阻尼装置，所述驱动机构带动所述反射装置在预设的第一位置和第二位置间歇运动的过程中，在每个所述凝视位置上形成凝视视场，所述阻尼装置增加驱动机构在每个凝视视场的位置停止的转动摩擦力。

优选地，所述信息处理器根据红外图像信息生成全景图包括：

采用线性拉伸法对红外图像信息进行预处理得到每个凝视视场的初始图像；

对每个所述初始图像进行拼接得到全景图；

获取相邻时刻的两幅全景图，根据两幅全景图的图像帧做差值计算以获取目标的运动轨迹。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种红外目标探测平台及其探测方法，该红外目标探测平台通过驱动机构带动反射装置在预设的第一到第二位置间歇运动，其中，第一位置和第二位置之间设有若干个凝视位置，可以扩展所述红外探测器的水平成像视角，通过红外探测器和反射装置的配合实现了大视场远距离的红外目标探测，降低了探测成本。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的红外目标探测平台硬件结构图；

图2是本发明优选实施例的阻尼装置结构示意图；

图3是本发明优选实施例的探测方法流程图；

图4是本发明优选实施例的控制脉冲分频比示意图；

图5是本发明优选实施例的运动控制时序示意图；

图6是本发明优选实施例的凝视视场示意图。

附图说明：

1、阻尼轴；2、套圈；3、垫片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明的红外目标探测平台及其探测方法，最大水平视场角超过90度，对人的探测距离可超过500米，对车辆的探测距离可达1000米，成像帧频可达2hz。该技术大幅度降低了产品的生产价格，可以广泛应用于军营、监狱、发电站、水坝、水处理站、太阳能发电场、风电场、油田、油库、弹药库、数据中心等敏感区域的保护。

需要说明的是，平台采用的探测器的配置参数、目标检测参数、目标识别参数、感兴趣区域等需要根据天气条件及目标特性进行设定，本发明中，配置参数包括曝光时间、增益、运动模式选择、目标面积、感兴趣区域位置等内容。

实施例1

如图1所示，本实施提供一种红外目标探测平台，包括：

红外探测器，用于探测目标的红外图像信息；

反射装置，用于在驱动机构的带动下进行间歇运动以扩展红外探测器的水平成像视角；

驱动机构，用于根据运动曲线信息带动反射装置在预设的第一位置和第二位置之间进行间歇运动，其中，第一位置和第二位置之间设有若干个凝视位置；

控制器，用于产生运动曲线信息，将运动曲线信息发送至驱动机构；

信息处理器，用于接收红外图像信息，根据红外图像信息生成全景图；还用于根据相邻时刻的全景图对目标进行检测和分析，以获取目标的运动轨迹；

红外探测器与反射装置的镜面呈角度设置，反射装置与驱动机构同轴安装，控制器与驱动机构通讯连接，信息处理器与红外探测器连接。

上述的红外目标探测平台通过驱动机构带动反射装置在预设的第一到第二位置间歇运动，其中，第一位置和第二位置之间设有若干个凝视位置，可以扩展所述红外探测器的水平成像视角，通过红外探测器和反射装置的配合实现了大视场远距离的红外目标探测，降低了探测成本。

本实施例的红外目标探测平台还包括：与驱动机构同轴安装的阻尼装置，阻尼装置用于增加驱动机构的转动摩擦力。本实施例中，驱动机构为步进电机，但本发明并不仅限于此，在不同的使用情况下，驱动机构还可以为其他能达到相同作用的器件。

作为本实施例优选的实施方式，阻尼装置包括阻尼轴1、设于阻尼轴上的套圈2和垫片3，阻尼轴与驱动机构的轴连接。优选地，上述套圈为o型圈，上述垫片为ptpe垫片。在实际情况中，反射装置运动到指定的具有一定角度的第一位置、第二位置、或者两者间的任意某位置时，无法立刻停止，存在振荡。因此，本实施例中通过增加阻尼缩短该种振荡过程。具体地，如图2所示，通过安装o型圈和ptpe垫片增加阻尼轴地转动摩擦力，阻尼轴与驱动机构的轴连接，进一步增加驱动机构的转动摩擦力，在增加了摩擦力的情况下，当电机停止转动时可以快速消耗动能，起到阻尼的作用，减少振荡，保证红外探测过程中的稳定成像。

作为本实施例优选的实施方式，第一位置和第二位置之间设有11个凝视位置，即本实施例中，共有13个凝视位置(在第一位置和第二位置分别有一个凝视位置)。

本实施例的红外目标探测平台还包括，外侧开口的调焦结构，调焦结构套设在红外探测器上用于调整红外探测器的焦距。在调焦结构的外侧开设窗口，可以非常方便地实现调焦功能。

作为本实施例优选的实施方式，反射装置包括反射镜、与反射镜连接的支架和与支架通过轴承连接的联轴器，联轴器与驱动机构的轴连接。优选地，反射装置的上述器件可拆卸安装，使用灵活，便于器件的使用与收藏的工作的开展。

实施例2

如图3所示，一种应用于上述红外目标探测平台的探测方法，包括：

控制器产生运动曲线信息，将运动曲线信息发送至驱动机构；

驱动机构根据运动曲线信息带动反射装置在预设的第一位置和第二位置间歇运动；其中，第一位置和第二位置之间设有若干个凝视位置；

反射装置在驱动机构的带动下进行间歇运动以扩展红外探测器的水平成像视角；

红外探测器探测目标的红外图像信息，将红外图像信息反馈给信息处理器，由信息处理器根据红外图像信息生成全景图，并根据相邻时刻的全景图对目标进行检测和分析，以获取目标的运动轨迹。

上述的探测方法，扩展了红外探测器的水平成像视角，通过红外探测器和反射装置的配合实现了大视场远距离的红外目标探测，降低了探测成本。

本实施例中，通过计算和实验生成步进电机运动控制脉冲分频比参数，每个脉冲的高电平和低电平均对应一个预设的分频比，将分频比数据例化为rom数据存储于控制器(fpga)内部，运行过程中通过不同状态控制读取分频比信息生成运动控制脉冲，驱动步进电机运动，使反射镜在不同视场之间进行快速切换。控制脉冲分频比参数如图4所示。为了实现反射镜的运动控制，在fpga内部通过运动控制状态机来控制系统状态转换，生成所设计时序，运动控制时序如下图5所示。

本实施例中，在进行图像采集时，控制器定时产生相机触发信号，图像数据通过gige接口传输给tx2处理板，处理板进行缓存，提供给后续目标探测以及显示预处理单元。按照相机的工作模式，采图分为custom模式和optimal模式。

作为本实施例优选的实施方式，驱动机构带动反射装置在预设的第一位置和第二位置之间间歇运动的过程中，在每个所述凝视位置上形成凝视视场，阻尼装置增加驱动机构在每个凝视视场的位置停止的转动摩擦力。

具体地，如图6所示，本实施例中，形成有13个凝视视场。需要说明的是，本发明并不对此做限定，根据具体的使用场景，可以设定反射镜的不同的运动曲线，形成不同个数的凝视视场。但时，不管设定多少个凝视位置，都在本发明的保护范围之内。

本实施例的成像过程中，采用步进电机带动反射镜在a位置(第一位置)和b位置(第二位置)间间歇式运动，形成13个凝视视场，然后快速回摆，通过反射镜的间歇往返运动扩展红外探测器的水平成像视角。

红外探测器将在该13个凝视视场获得的红外图像信息采用采用线性拉伸法进行处理，将采集16位的数字图像，转换为8位的数字图像，以实现正常显示，本实施例中的拉伸算法如下:

其中，p为拉伸后的图像像素值，p为原始图像像素值，μ为原始图像均值，σ为原始图像的均方差，α为拉伸系数。

然后，采用自适应直方图均衡算法(clahe)增强图像的局部对比度而不影响整体对比度，可以使亮度更好地分布在直方图上，然后进行图像旋转、拼接缝线性过度、白边校正等处理得到最后地全景图，能有效解决拼缝过度不均匀、全景图背景明暗不均等问题。

同时该平台在工作过程中，反射镜需要快速间歇运动，并在到达凝视位置时快速静止，通过阻尼装置有效解决了反射镜的震动问题，提高了所获取红外图像的清晰度，提高了红外目标的探测距离。

需要说明的是，在进行目标的红外探测时，远处小目标与噪声特性相当，若目标较小，容易和背景或者远处的噪声进行混淆，因此，本实施例中通过获取相邻帧的两个全景图，对同一个凝视视场在该两个全景图中的位置做差值计算进行轨迹关联，可以精确地确定待测目标的运动轨迹，较小噪声带来的影响，提高检测概率，能有效区分噪声和符合人、车运动特性的关联目标，有效提升了整个平台的目标探测性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。