專利名稱：雙線列準(zhǔn)凝視移動(dòng)探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)方法，特別是利用線列探測(cè)器實(shí)現(xiàn)雙線列準(zhǔn)凝視移動(dòng)探測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)有多種方法，光學(xué)成像、微波遙感成像、合成孔徑雷達(dá)成像和電子偵察等，其中利用光學(xué)成像方法主要可分為面陣探測(cè)器凝視成像和線列探測(cè)器掃描成像。面陣探測(cè)器凝視成像這種掃描方式完全沒(méi)有光機(jī)掃描裝置，所有掃描(南北、東西)皆由探測(cè)器本身完成，其成像機(jī)理使它具有掃描成像速度快、分辨率高的特點(diǎn)。但是，目前由于CCD制造工藝上的原因，大面積均勻優(yōu)質(zhì)面陣CCD陣列還是很難做得很大，其幾何尺寸還很有限，尚不能達(dá)到航天遙感對(duì)其幅面的要求。使用面陣探測(cè)器，需要解決的技術(shù)問(wèn)題很多，如需要掌握制造性能十分均勻、較大尺寸的多元探測(cè)器技術(shù)，需要增加微型制冷機(jī)的制冷量，對(duì)同時(shí)產(chǎn)生的許多探測(cè)器信號(hào)需要作多路傳輸?shù)忍幚?，需要設(shè)計(jì)高質(zhì)量的大視場(chǎng)物鏡系統(tǒng)等等。由于目前還有許多技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到解決，故離實(shí)用階段還有一定距離。線列探測(cè)器與面陣探測(cè)器相比其視場(chǎng)為一狹長(zhǎng)狀，一次積分時(shí)間內(nèi)所成像為一線列，要獲得一幅二維圖像，需要掃描機(jī)構(gòu)。當(dāng)信息載荷搭載在極軌衛(wèi)星上時(shí)，通過(guò)衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)沿軌跡方向掃描；線列探測(cè)器技術(shù)相對(duì)面陣探測(cè)器技術(shù)成熟，通過(guò)線列拼接可獲得長(zhǎng)線列甚至超長(zhǎng)線列，可以滿足高分辨率和大視場(chǎng)的要求。由以上的分析可以看到面陣探測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)很多，是成像技術(shù)發(fā)展的方向，但由于受目前技術(shù)條件的限制，面陣探測(cè)器難以實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、高分辨率目標(biāo)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，如何在大視場(chǎng)、高分辨率條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，特別是運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)，乃是本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，因此，本發(fā)明的目的是提供一種雙線列準(zhǔn)凝視移動(dòng)探測(cè)方法。通過(guò)大量的理論與試驗(yàn)論證，結(jié)合二維指向技術(shù)的雙線列準(zhǔn)凝視移動(dòng)探測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)具有一定意義。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
根據(jù)本發(fā)明的一種雙線列準(zhǔn)凝視移動(dòng)探測(cè)方法，其包括步驟；S1、提供具有兩個(gè)線列探器的光學(xué)系統(tǒng)；S2、使該兩個(gè)線列探測(cè)器沿軌跡方向掃描，并調(diào)節(jié)光軸在地面的掃描速度與衛(wèi)星飛行星下點(diǎn)速度相同，方向相反，光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)地面凝視；S3、使該兩個(gè)線列探測(cè)器平行，且使得兩個(gè)線列探測(cè)器法線方向構(gòu)成夾角 其中h為衛(wèi)星飛行高度；以及S4、再使該兩個(gè)線列探測(cè)器沿軌跡掃描，在它們所成夾角θ等于θ0時(shí)，探測(cè)速度大于V目的目標(biāo)，所說(shuō)的沿軌跡掃描是采用一個(gè)二維步進(jìn)掃描系統(tǒng)，以垂直飛行方向?yàn)橹赶?，可?duì)任選定區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、利用線列探測(cè)器監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，線列探測(cè)器技術(shù)比面陣探測(cè)器技術(shù)成熟，通過(guò)線列拼接可獲得長(zhǎng)線列甚至超長(zhǎng)線列，可滿足高分辨率和大視場(chǎng)的要求；2、線列準(zhǔn)凝視成像探測(cè)技術(shù)所成圖像簡(jiǎn)單，特別適用于發(fā)現(xiàn)和識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)，特別是雙線列的運(yùn)用，有利于判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度；3、二維指向技術(shù)的使用，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性，可以滿足對(duì)特定區(qū)域重復(fù)觀測(cè)的需要。


圖1為本發(fā)明的多線陣觀測(cè)原理圖；圖2為本發(fā)明的可任意選擇觀測(cè)區(qū)域的二維指向系統(tǒng)原理圖；圖3是本發(fā)明的試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)點(diǎn)示意圖；圖5-1和圖5-2分別是圖4中的線列探測(cè)器成像圖和處理結(jié)果圖；圖6-1和圖6-2分別是圖4中的另一線列探測(cè)器成像圖和處理結(jié)果圖；
圖7是圖3中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡圖。
具體實(shí)施例方式
雙線陣觀測(cè)原理如圖1所示，使用兩個(gè)線列探測(cè)器，沿軌跡方向掃描，使光軸在地面的掃描速度與衛(wèi)星飛行星下點(diǎn)速度相同，方向相反，則包括兩個(gè)線列探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)可以相對(duì)地面凝視。設(shè)沿軌跡方向不掃描，衛(wèi)星高度為h，星下點(diǎn)速度為V星，要求對(duì)速度大于V目的目標(biāo)，能夠給出其速度，則二線陣的觀測(cè)夾角要求不大于 使兩線列探測(cè)器平行，兩線列探測(cè)器法線方向成夾角θ0，夾角大小由式(1)決定。
如圖2所示，使用二維指向掃描二維指向與掃描系統(tǒng)是一個(gè)二維步進(jìn)掃描系統(tǒng)，垂直飛行方向?yàn)橹赶?，作用是擴(kuò)大視場(chǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)區(qū)域的任意選擇，增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性。圖2中有隨意選取的觀測(cè)區(qū)域a1、a2、a3，二維指向技術(shù)的應(yīng)用，可使探測(cè)器選擇任意區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)。
顯然，這種二維指向掃描系統(tǒng)可以有兩種工作模式，準(zhǔn)凝視探測(cè)成像模式和一般推掃成像模式。如果作為一般推掃成像，當(dāng)選定某一觀測(cè)區(qū)域后，探測(cè)器可以依靠衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)掃描觀測(cè)區(qū)域，或者使用二維掃描機(jī)構(gòu)進(jìn)行掃描，雙線列探測(cè)器相當(dāng)于一個(gè)雙推掃的成像儀，并獲得兩幅相似的圖像，此種方式獲取的圖像通過(guò)圖像配準(zhǔn)后，采用空間濾波、光譜濾波、圖像差分等多種技術(shù)，從而獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在兩幅圖像中的變化，從而有利于判明運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方向和速度，這種方法作為一般單線列推掃成像的擴(kuò)展，此處不予敘述。但當(dāng)系統(tǒng)工作于準(zhǔn)凝視成像模式下，掃描機(jī)構(gòu)沿軌跡方向掃描，使得光軸在地面的掃描速度與衛(wèi)星飛行星下點(diǎn)速度相同，方向相反，則光學(xué)系統(tǒng)可以相對(duì)地面凝視。
結(jié)合圖1和圖2給出如圖3-圖7試驗(yàn)實(shí)例，說(shuō)明如下
本試驗(yàn)系統(tǒng)在室內(nèi)構(gòu)建，如圖3所示，由直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10，電機(jī)控制器20，CCD攝像頭30，圖像采集和處理40四部分組成。CCD攝像頭30搭載在直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10上，由步進(jìn)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10作直線運(yùn)動(dòng)，完成模擬推掃過(guò)程；利用可見(jiàn)光CCD攝像頭30中符合條件的兩條列探測(cè)器對(duì)圖像進(jìn)行連續(xù)采集，CCD攝像頭30輸出的模擬信號(hào)被連接在計(jì)算機(jī)總線上的圖像采集和處理系統(tǒng)40中數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字化，并以灰度的表示形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的主存儲(chǔ)器中。接下來(lái)由計(jì)算機(jī)完成圖像的數(shù)字處理，具體步驟如下S1’、模擬試驗(yàn)利用面陣CCD探測(cè)器成像，為了滿足線列探測(cè)器需求，將公式(1)作了調(diào)整，相應(yīng)地對(duì)夾角θ的要求在這里變?yōu)榫€列探測(cè)器間距的要求，若兩線列探測(cè)器法線方向平行，則列探測(cè)器間距d由公式(2)確定 d線列探測(cè)器間隔a像元尺寸v掃相對(duì)于物平面探測(cè)器的掃描速度v目目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度n運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在像面上移動(dòng)的象素點(diǎn)按公式(2)的要求，選擇滿足條件的線列探測(cè)器。
S2’、二維指向與掃描系統(tǒng)選擇觀測(cè)區(qū)域，具體實(shí)施為電機(jī)控制器20接受指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)21步進(jìn)到指定區(qū)域，完成指向。掃描系統(tǒng)作推掃，滿足光軸在地面掃描速度與衛(wèi)星飛行星下點(diǎn)速度相同，方向相反。在試驗(yàn)過(guò)程中，主要針對(duì)雙線列展開(kāi)，二維指向技術(shù)在試驗(yàn)中簡(jiǎn)化為一維掃描。
S3’、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與圖像背景融合后按一定的速度運(yùn)動(dòng)，投影儀41將成像圖片投影，電機(jī)21驅(qū)動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)10按一定的速度運(yùn)動(dòng)，使得探測(cè)器推掃的過(guò)程中兩線列探測(cè)器相對(duì)于探測(cè)目標(biāo)靜止，分別成像。
S1’、將各線列探測(cè)器獲取圖像送入圖像采集和處理系統(tǒng)40進(jìn)行處理。
S5’、根據(jù)需要可以對(duì)某些區(qū)域重復(fù)觀測(cè)，可重復(fù)步驟S3、步驟S4。
以下為試驗(yàn)結(jié)果本試驗(yàn)系統(tǒng)中，融合了運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)的背景原圖，目標(biāo)大小為1.2個(gè)像素大小，圖中標(biāo)注了各點(diǎn)目標(biāo)大致的運(yùn)動(dòng)范圍，如圖4所示。
線列I所成的像和處理后的結(jié)果分別如圖5-1和圖5-2所示；線列II所成的像和處理后的結(jié)果分別如圖6-1和圖6-2所示。線列探測(cè)器對(duì)全部觀測(cè)區(qū)域多次掃描成像后將圖像進(jìn)行綜合處理，最終獲得的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡如圖7，試驗(yàn)未經(jīng)過(guò)除噪處理，7個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)(參見(jiàn)圖4所示)的運(yùn)動(dòng)軌跡與設(shè)計(jì)相符合。
通過(guò)本發(fā)明，對(duì)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行了捕捉和處理試驗(yàn)，試驗(yàn)取得了良好效果，這充分說(shuō)明了本發(fā)明為監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)提供了一個(gè)新的途徑。
權(quán)利要求
1.一種雙線列準(zhǔn)凝視移動(dòng)探測(cè)方法，包括步驟S1、提供具有兩個(gè)線列探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)；S2、使該兩個(gè)線列探測(cè)器沿軌跡方向掃描，并調(diào)節(jié)光軸在地面的掃描速度與衛(wèi)星飛行星下點(diǎn)速度相同，方向相反，光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)地面凝視；S3、使該兩個(gè)線列探測(cè)器平行，且使得在兩線陣探測(cè)器法線方向成夾角 其中h為衛(wèi)星高度；S4、再使該兩個(gè)線列探測(cè)器沿軌跡掃描，在它們所成夾角θ等于θ0時(shí)，探測(cè)速度大于V目的目標(biāo)，所說(shuō)的軌跡掃描是采用一個(gè)二維步進(jìn)掃描系統(tǒng)，以垂直飛行方向?yàn)橹赶颍蓪?duì)任選定區(qū)域進(jìn)行觀測(cè)。
全文摘要
一種雙線列準(zhǔn)凝視移動(dòng)探測(cè)方法，包括步驟S1、提供具有兩個(gè)線列探測(cè)器的光學(xué)系統(tǒng)；S2、使該兩個(gè)線列探測(cè)器沿軌跡方向掃描，并調(diào)節(jié)光軸在地面的掃描速度與衛(wèi)星飛行星下點(diǎn)速度相同，方向相反，光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)地面凝視；S3、使該兩個(gè)線列探測(cè)器平行，且使得兩線列探測(cè)器在法線方向成夾角
文檔編號(hào)G01S17/00GK1632612SQ20041009355
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者廖媛, 孫勝利 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所