基于单像素成像技术的目标探测方法、装置和计算机设备

本申请涉及激光探测，特别是涉及一种基于单像素成像技术的目标探测方法、装置和计算机设备。

背景技术：

1、单像素成像技术是一种基于主动照明的成像技术。单像素成像系统首先采用经过强度调制的激光束对目标进行照明，再利用单像素探测器接收目标的反射回波强度信号重构目标图像。由于单像素探测器一般采用光电二极管或光子倍增管等器件，因此工作光谱范围更广，尤其适用于红外、x射线、太赫兹等非可见光成像系统。此外，单像素探测器相比于普通相机具有更高的量子效率和光灵敏度，因此对于暗弱目标，单像素成像系统在理论上具有更远的成像探测距离。

2、为发挥单像素成像系统在远距离暗弱目标探测上的优势，学界近年来开始探索将单像素成像系统与激光测距雷达相结合，期望在实现对远距离目标清晰成像的同时，实现对目标的距离和运动速度测距。这种方案虽然在理论上完全可行并且精度较高，但激光雷达使用的大功率脉冲激光器以及距离信息解算系统也带来了成本高昂的问题，限制了该方案推广应用。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于单像素成像技术的目标复合探测方法、装置和计算机设备，在保留单像素成像系统暗弱目标成像能力的同时，实现对目标的距离测量和运动速度估计。

2、一种基于单像素成像技术的目标探测方法，所述方法包括：

3、建立单像素成像探测系统的内参数模型；所述内参数模型中的模型参数包括：单像素成像探测系统的焦距、像元尺寸、发射口径和成像分辨率，以及照明激光束的发散角；

4、根据模型参数和初始时刻的目标重构图像计算得到初始时刻的目标距离；

5、根据当前时刻的低阶傅里叶梅林照明光场的回波信号强度计算得到当前时刻目标的尺度变换因子；低阶傅里叶梅林光场分别是指阶数为0、重复度为0以及阶数为1、重复度为0的傅里叶梅林光场；

6、根据初始时刻的目标距离以及当前时刻目标的尺度变化因子，计算得到当前时刻目标的目标距离和径向运动速度。

7、一种基于单像素成像技术的目标探测装置，装置包括：

8、内参数模型建立模块，用于建立单像素成像探测系统的内参数模型；所述内参数模型中的模型参数包括：单像素成像探测系统的焦距、像元尺寸、发射口径和成像分辨率，以及照明激光束的发散角；

9、初始目标距离计算模块，用于根据模型参数和初始时刻的目标重构图像计算得到初始时刻的目标距离；

10、尺度变化因子计算模块，用于根据当前时刻的低阶傅里叶梅林照明光场的回波信号强度计算得到当前时刻目标的尺度变换因子；低阶傅里叶梅林光场分别是指阶数为0、重复度为0以及阶数为1、重复度为0的傅里叶梅林光场；

11、目标运动信息计算模块，用于根据初始时刻的目标距离以及当前时刻目标的尺度变化因子，计算得到当前时刻目标的目标距离和径向运动速度。

12、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

13、建立单像素成像探测系统的内参数模型；所述内参数模型中的模型参数包括：单像素成像探测系统的焦距、像元尺寸、发射口径和成像分辨率，以及照明激光束的发散角；

14、根据模型参数和初始时刻的目标重构图像计算得到初始时刻的目标距离；

15、根据当前时刻的低阶傅里叶梅林照明光场的回波信号强度计算得到当前时刻目标的尺度变换因子；低阶傅里叶梅林光场分别是指阶数为0、重复度为0以及阶数为1、重复度为0的傅里叶梅林光场；

16、根据初始时刻的目标距离以及当前时刻目标的尺度变化因子，计算得到当前时刻目标的目标距离和径向运动速度。

17、上述基于单像素成像技术的目标探测方法、装置和计算机设备中，首先构建单像素成像探测系统的内参数模型，由此可以将单像素成像探测系统等效为普通光学成像系统，然后根据内参模型参数以及初始时刻的目标重构图像计算得到初始时刻的目标距离；接着采用低阶傅里叶梅林光场照明目标，根据由回波信号计算得到的目标图像的尺度变换因子实时估计目标的距离和径向运动速度。可以看出，采用本方法只需进行一次目标图像的重构，后续即可根据目标的尺度变换因子测量目标的距离和径向运动速度，大大节省了计算资源，提高了目标运动信息测量的实时性；此外，采用本方法无需增加额外设备，保留了单像素成像系统强大的成像探测能力的同时，实现了目标的距离和运动速度测量，从而拓展了单像素成像系统的应用范围，使单像素成像系统具备了兼具目标成像、测距和测速功能的多维度复合探测能力，因而本发明方法有助于进一步推动单像素成像技术在远距离目标激光探测领域的实用化。

技术特征：

1.一种基于单像素成像技术的目标探测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，单像素成像探测系统的焦距、发射口径和像元尺寸的获取步骤如下：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据模型参数和初始时刻的目标重构图像计算得到当前时刻的目标距离，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据当前时刻的低阶傅里叶梅林照明光场的回波信号强度计算得到当前时刻目标的尺度变换因子，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据初始时刻的目标距离以及当前时刻目标的尺度变化因子，计算得到当前时刻的目标距离和径向运动速度，包括：

7.一种基于单像素成像技术的目标探测装置，其特征在于，所述装置包括：

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

技术总结
本申请涉及一种基于单像素成像技术的目标探测方法、装置和计算机设备，首先构建单像素成像探测系统的内参数模型，然后根据内参模型参数以及初始时刻的目标重构图像计算得到初始时刻的目标距离；接着采用低阶傅里叶梅林光场照明目标，根据由回波信号计算得到的目标图像的尺度变换因子实时估计目标的距离和径向运动速度。采用本方法只需进行一次目标图像重构，后续即可根据目标的尺度变换因子测量目标的距离和径向运动速度，大大节省了计算资源，提高了目标运动信息测量的实时性；此外，采用本方法无需增加额外设备，保留了单像素成像系统强大的成像探测能力的同时，实现了目标的距离和运动速度测量。

技术研发人员：王彦,韩凯,孟琪,来文昌,雷国忠,陈俊侣
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1