基于多线列时差扫描扩展采样的点目标运动速度探测方法

基于多线列时差扫描扩展采样的点目标运动速度探测方法
【专利摘要】基于多线列时差扫描扩展采样的点目标运动速度探测方法，(1)构造多线列时差扫描探测装置；(2)每个线列探测器采用扩展采样方式进行点目标探测；(3)分别将每个线列探测器所采集的Nt组图像数据进行处理，得到亚像元图像；(4)相邻两个线列探测器处理后的两幅亚像元进行非均匀性校正、亚像素匹配后进行差分计算，完成背景消除；(5)分别对步骤(4)中相邻两个线列探测器处理后的差分图像进行阈值滤波，并采用邻域约束准则提取其中的正负点对，完成一次扫描过程中运动点目标探测提取；(6)分别对步骤(5)中提取的成对的正负标记区域，根据正负标记区域的位置关系，计算目标的运动速度和方向；对步骤(6)得到的运动速度和方向求取均值，得到所探测目标的速度和方向。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于目标探测图像处理领域，涉及一种基于多线列时差扫描扩展采样的点 目标运动速度探测方法。 基于多线列时差扫描扩展采样的点目标运动速度探测方法

【背景技术】
[0002] 复杂背景下弱小运动目标探测技术的研究在民用、航天和军事中有重要应用。由 于成像距离远及复杂背景的影响，目标在图像中成点状，缺乏足够的纹理信息和形状信息， 并且图像中的目标信噪比很低，这大大增加了弱小目标探测的难度。目前通用的光学成像 探测系统一般采用单一的探测器进行探测成像，对所获取的图像，采用基于滤波的方法、 基于小波的方法，基于形态学的方法等，进行单帧背景抑制，在单帧图像上进行疑似目标提 取，后利用多帧关联的方式进行目标轨迹拟合，从而实现目标检测。这种探测体制往往受复 杂背景的影响，无法在单帧图像上可靠的进行目标提取，同时这种探测体制在目标提取过 程中并没有充分利用目标的运动信息，无法通过一次扫描进行目标运动速度的估计，需要 通过多次扫描，利用多帧轨迹分析，才能实现目标运动速度分析计算，降低了目标探测的实 效性，提高了探测数据分析处理的复杂度。


【发明内容】

[0003] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于多线列时差扫描 扩展采样的点目标运动速度探测方法，实现不同速度范围目标速度快速分析计算，提高复 杂背景环境下运动目标探测的能力。
[0004] 本发明的技术解决方案为：一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标运动速度 探测方法，步骤如下：
[0005] (1)构造多线列时差扫描探测装置，该装置包括光学系统、扫描机构和多线列探测 器；所述的扫描机构包括摆镜及其驱动转轴；所述的多线列探测器包含N d个线列探测器， 每个线列探测器平行排列，相邻两个线列探测器之间的距离为屯，其中i = l，2，一，Nd_l ; 光学系统和扫描机构一起将视场内场景成像于焦平面，驱动转轴驱动摆镜旋转，线视场 内的场景所成像以一定的速率扫过焦平面上前后排列的多线列探测器，扫描角速率为

【权利要求】
1. 一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标运动速度探测方法，其特征在于步骤如 下： (1) 构造多线列时差扫描探测装置，该装置包括光学系统、扫描机构和多线列探测器； 所述的扫描机构包括摆镜及其驱动转轴；所述的多线列探测器包含N d个线列探测器，每 个线列探测器平行排列，相邻两个线列探测器之间的距离为4，其中i = l，2，一，Nd_l ; 光学系统和扫描机构一起将视场内场景成像于焦平面，驱动转轴驱动摆镜旋转，线视场 内的场景所成像以一定的速率扫过焦平面上前后排列的多线列探测器，扫描角速率为
多个线列探测器对视场内同一位置场景先后成像，相邻两个线列成像时间 间隔
；其中dmin为相邻两个线列探测器之间的最小排列距离，v min可探测的目 标最小运动速度，f为光学系统焦距，GSD为线列探测器的地面采样距离；所述Nd取值范围 为 Nd > 2 ; (2) 每个线列探测器采用扩展采样方式进行点目标探测，即线列探测器采用Nt个探测 阵列组成，像元对应的瞬时视场为IFOV，相邻两个探测阵列平行排列，在垂直扫描方向依次 错开1/N t个像元，并设置探测阵列在扫描方向、在一个采样长度内采样St次；所述采样长度 为像元对应的瞬时视场；所述的N t大于等于2 ;所述St取值范围为St彡2 ; (3) 分别将每个线列探测器所采集的Nt组图像数据进行处理，得到亚像元图像； (4) 分别对相邻两个线列探测器处理后的两幅亚像元进行非均匀性校正、亚像素匹配 后进行差分计算，完成背景消除； (5) 分别对步骤（4)中相邻两个线列探测器处理后的差分图像进行阈值滤 波，并采用邻域约束准则提取其中的正负点对，完成一次扫描过程中运动点目标 探测提取；根据相邻线列探测器成像时差和目标运动速度形成邻域约束准则为
，其中正负区域距离Dp探测的目标最大运动速度vmax ; (6) 对步骤（5)中分别提取的成对的正负标记区域，根据正负标记区域的位置关系，计 算目标的运动速度Vi和方向θ ?; (7) 对步骤（6)得到的运动速度Vi和方向Θ i求取均值，得到所探测目标的速度和方 向，即
2. 根据权利要求1所述的一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标探测方法，其特 征在于：所述步骤（3)中的将每个线列探测器所采集的N t组图像数据进行处理，得到亚像 元图像的方式，具体过程如下： (3. 1)每个线列探测器中的Nt个探测阵列同时成像，得到Nt组图像数据；之后立即 转入步骤（3.2);于此同时，每个线列探测器按照步骤（2)中设置采样次数对应的采样间 隔在扫描方向进行扫描成像，每次成像分别得到N t组图像数据，得到数据后立即转入步骤 (3. 2)； (3. 2)分别将每个线列探测器的Nt组图像数据进行对齐拼接处理后形成一帧探测图 像； (3. 3)在扫描方向上完成预设的采样次数后，将每个线列探测器对应得到的帧探测图 像按照时间进行拼接得到对应的亚像元图像。
3. 根据权利要求1所述的一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标探测方法，其特 征在于：在所述步骤（4)中的两幅亚像元图像进行亚像素匹配之前，以在先成像的线列探 测器对应的亚像元图像为基准，将后成像的线列探测器对应的亚像元图像在扫描方向向前 移动& =4^行，Lpi取整数行，线列探测器阵列像元尺寸为aXa。 a
4. 根据权利要求1所述的一种基于多线列时差扫描的目标运动速度探测方法，其特征 在于：所述步骤（4)中的滤波采用阈值滤波的方式，具体过程如下： (4. 1)对步骤（3)处理后得到的差分图像中的每个像元进行增强处理，即待处理像元 处理后的像素值=待处理像元的像素值*α +四邻域像元的像素值，α取2?4,处理后得 到图像/广《; (4.2)图像/广取绝对值，记为图像/广2; (4. 3)将/^2相邻的数个图像列分为一组，分为Nsub个子图像；子图像的列数Lsub = H/Nsub，Η为图像的总列数；同时对图像/广1采用与图像/，2相同的方式进行分组，图像 /广 1与/广12的子图像--对应； (4. 4)从/厂62当前子图像的第一行记为当前行开始，设定一个阈值初值T，T取第一个像 素的像素值，或比第一个像素的像素稍大的值； (4. 5)将当前子图像当前行内的Lsub个像元的像素值依次与阈值初值Τ相对比，如果像 素值超过阈值初值T，则按照式（a)对T提高一定幅度： = T+0. 5k(VrT) (a) τ = r 其中k为系数，根据图像信噪比进行调整，'代表当前子图像当前行的第j个像元的像 素值； 在当前行的最后一个像元处理之后得到的T，即为当前子图像当前行r的最终滤波阈 值Tr ; (4. 6)利用上述得到的最终阈值?；对/Γ61中对应子图像的对应行进行阈值滤波，即对 于同一行图像内，将大于滤波阈值的像素标记为1 ;如果像素值为负，则将小于滤波阈值负 值的像素标记为-1 ;其余的像素均标记为〇 ; (4.7)将步骤（4.5)最终得到的阈值?；按公式（b)进行比例降低，做为当前子图像下 一行的阈值初值： T = (1-0. 5m)Tr (b) 其中m为比例系数； 将当前子图像下一行作为当前行，从步骤（4.5)开始执行，直至当前子图像所有行处 理完毕； (4.8)选择下一子图像作为当前子图像，重复步骤（4.4)?（4. 7)，直至完成对图像 所有子图像所有行的阈值滤波处理，记为图像/厂； (4. 9)遍历/广的每一列，如果连续2个以上像素被标为1，则保留原标不变，否则将该 像素标记为0 ;如果连续2个以下像素被标记为-1，则保留原标记，否则将访像素标记为0 ; 完成/-'所有像素遍历后，记为图像。
【文档编号】G06T7/20GK104156977SQ201410318164
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】董小萌, 王世涛, 王虎妹, 金挺, 高宏霞, 孙晓峰 申请人:中国空间技术研究院