一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法
【專利摘要】一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法，(1)構造雙線列探測器成像裝置；(2)每個線列探測器采用擴展采樣方式進行點目標探測；(3)分別將每個線列探測器所采集的Nt組圖像數(shù)據(jù)進行處理，得到亞像元圖像；兩個線列探測器處理后的兩幅亞像元進行非均勻性校正、亞像素匹配后進行差分計算，完成背景消除；(4)對步驟(3)中差分得到殘差圖像進行閾值濾波，并采用鄰域約束準則提取其中的正負點對，完成一次掃描過程中運動點目標探測提??；根據(jù)不同線列探測器成像時差和目標運動速度形成鄰域約束準則為其中正負區(qū)域距離ΔD，探測的目標最小運動速度vmin，探測的目標最大運動速度vmax，線列探測器的地面采樣距離GSD。
【專利說明】一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標探測處理領域，涉及一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標 探測方法。

【背景技術】
[0002] 復雜背景下弱小運動目標探測技術的研究在民用、航天和軍事中有重要應用。由 于成像距離遠及復雜背景的影響，目標在圖像中成點狀，缺乏足夠的紋理信息和形狀信息， 并且圖像中的目標信噪比很低，這大大增加了弱小目標探測的難度。目前通用的光學成像 探測系統(tǒng)一般采用單一的探測器進行探測成像，對所獲取的圖像，采用基于濾波的方法、 基于小波的方法，基于形態(tài)學的方法等，進行單幀背景抑制，在單幀圖像上進行疑似目標提 取，后利用多幀關聯(lián)的方式進行目標軌跡擬合，從而實現(xiàn)目標檢測。這種探測體制往往受復 雜背景的影響，無法在單幀圖像上可靠的進行目標提取，同時這種探測體制在目標提取過 程中并沒有充分利用目標的運動信息，因此往往具有較高的虛警率，為提高探測精度需要 采用復雜的目標檢測算法，降低了數(shù)據(jù)處理效率。


【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的技術解決問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于多線列時差掃描 擴展采樣的點目標探測方法，實現(xiàn)運動目標快速探測檢測，提高復雜背景環(huán)境下運動目標 探測的能力。
[0004] 本發(fā)明的技術解決方案為：一種基于多線列時差掃描擴展米樣的點目標探測方 法，步驟如下：
[0005] (1)構造多線列時差掃描探測裝置，該裝置包括光學系統(tǒng)、掃描機構和多線列探測 器；所述的掃描機構包括擺鏡及其驅動轉軸；所述的多線列探測器包含N d個線列探測器， 每個線列探測器平行排列，相鄰兩個線列探測器之間的距離為屯，其中i = 1，2,…，Nd_l ;光 學系統(tǒng)和掃描機構一起將視場內場景成像于焦平面，驅動轉軸驅動擺鏡旋轉，線視場內的 場景所成像以一定的速率掃過焦平面上前后排列的多線列探測器，掃描角速率為ω ;多個 線列探測器對視場內同一位置場景先后成像，任意兩個線列成像時間間隔

【權利要求】
1. 一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法，其特征在于步驟如下： (1) 構造多線列時差掃描探測裝置，該裝置包括光學系統(tǒng)、掃描機構和多線列探測器； 所述的掃描機構包括擺鏡及其驅動轉軸；所述的多線列探測器包含N d個線列探測器，每個 線列探測器平行排列，相鄰兩個線列探測器之間的距離為4，其中i = 1，2,…，Nd-1 ;光學 系統(tǒng)和掃描機構一起將視場內場景成像于焦平面，驅動轉軸驅動擺鏡旋轉，線視場內的場 景所成像以一定的速率掃過焦平面上前后排列的多線列探測器，掃描角速率為ω ;多個線 列探測器對視場內同一位置場景先后成像，任意兩個線列成像時間間隔
，任意 兩個線列探測器可探測運動速度大于^的目標，其中
；其中△(!為任意兩個 線列探測器之間距離，f為光學系統(tǒng)焦距，GSD為線列探測器的地面采樣距離；所述Nd取值 范圍為Nd>2; (2) 每個線列探測器采用擴展采樣方式進行點目標探測，即線列探測器采用Nt個探測 陣列組成，像元對應的瞬時視場為IFOV，相鄰兩個探測陣列平行排列，在垂直掃描方向依次 錯開1/N t個像元，并設置探測陣列在掃描方向、在一個采樣長度內采樣St次；所述采樣長度 為像元對應的瞬時視場；所述的N t大于等于2 ;所述St取值范圍為St彡2 ; (3) 分別將每個線列探測器所采集的Nt組圖像數(shù)據(jù)進行處理，得到亞像元圖像；選取 兩個線列探測器處理后的兩幅亞像元進行非均勻性校正、亞像素匹配后進行差分計算，完 成背景消除； (4) 對步驟（3)中差分得到殘差圖像進行閾值濾波，并采用鄰域約束準則提取其中的 正負點對，完成一次掃描過程中運動點目標提取；根據(jù)不同線列探測器成像時差和目標運 動速度形成鄰域約束準則為
，其中正負區(qū)域距離AD，探測的 目標最小運動速度vmin，探測的目標最大運動速度vmax。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法，其特 征在于：所述步驟（3)中的將每個線列探測器所采集的N t組圖像數(shù)據(jù)進行處理，得到亞像 元圖像的方式，具體過程如下： (3. 1)每個線列探測器中的Nt個探測陣列同時成像，得到Nt組圖像數(shù)據(jù)；之后立即 轉入步驟（3.2);于此同時，每個線列探測器按照步驟（2)中設置采樣次數(shù)對應的采樣間 隔在掃描方向進行掃描成像，每次成像分別得到N t組圖像數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)后立即轉入步驟 (3. 2)； (3. 2)分別將每個線列探測器的Nt組圖像數(shù)據(jù)進行對齊拼接處理后形成一幀探測圖 像； (3. 3)在掃描方向上完成預設的采樣次數(shù)后，將每個線列探測器對應得到的幀探測圖 像按照時間進行拼接得到對應的亞像元圖像。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法，其特 征在于：在所述步驟（3)中的兩幅亞像元圖像進行亞像素匹配之前，以在先成像的線列探 測器對應的亞像元圖像為基準，將后成像的線列探測器對應的亞像元圖像在掃描方向向前 移動
行，LAd取整數(shù)行，線列探測器陣列像元尺寸為aXa ;在此基礎上再采用亞 像素匹配準方法進行匹配。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法，其特 征在于：所述步驟（4)中的濾波采用閾值濾波的方式，具體過程如下： (4. 1)對步驟（3)處理后得到的差分圖像中的每個像元進行增強處理，得到圖像Isubl ; (4. 2)圖像Isubl取絕對值，記為圖像Isub2 ; (4. 3)將Isub2相鄰的數(shù)個圖像列分為一組，分為Nsub個子圖像；子圖像的列數(shù)Lsub = Η/ Nsub，Η為圖像Isub2的總列數(shù)；同時對圖像Isubl采用與圖像I sub2相同的方式進行分組，圖像 ISUbl與ISUb2的子圖像 對應； (4.4)從1_2當前子圖像的第一行記為當前行開始，設定一個閾值初值T，T取第一個 像素的像素值，或比第一個像素的像素稍大的值； (4. 5)將當前子圖像當前行內的Lsub個像元的像素值依次與閾值初值T相對比，如果像 素值超過閾值初值T，則按照式（a)對T提高一定幅度： = T+0.5k(YrT) (a) τ = r 其中k為系數(shù)，根據(jù)圖像信噪比進行調整代表當前子圖像當前行的第i個像元的像 素值； 在當前行的最后一個像元處理之后，得到當前子圖像當前行r的最終濾波閾值?；; (4. 6)利用上述得到的最終閾值?；對Isubl中對應子圖像的對應行進行閾值濾波，即對 于同一行圖像內，將大于濾波閾值的像素標記為1 ;如果像素值為負，則將小于濾波閾值負 值的像素標記為-1 ;其余的像素均標記為〇 ; (4.7) 將步驟（4.5)最終得到的閾值?；按公式（b)進行比例降低，做為當前子圖像下 一行的閾值初值： T = (1-0. 5m)Tr (b) 其中m為比例系數(shù)； 將當前子圖像下一行作為當前行，從步驟（4.5)開始執(zhí)行，直至當前子圖像所有行處 理完畢； (4.8) 選擇下一子圖像作為當前子圖像，重復步驟（4.4)?（4. 7)，直至完成對圖像 Isubl所有子圖像所有行的閾值濾波處理，記為圖像U lab ; (4. 9)遍歷Γ lab的每一列，如果連續(xù)2個以上像素被標為1，則保留原標不變，否則將 該像素標記為〇 ;如果連續(xù)2個以下像素被標記為-1，則保留原標記，否則將訪像素標記為 〇;完成Γ lab所有像素遍歷后，記為圖像Ilab。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種基于多線列時差掃描擴展采樣的點目標探測方法，其特 征在于：所述步驟（4. 1)中的增強處理，即待處理像元處理后的像素值=待處理像元的像 素值*α +四鄰域像元的像素值，α為增強系數(shù)。
【文檔編號】G06T7/20GK104143196SQ201410319201
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權日:2014年7月4日
【發(fā)明者】王世濤, 董小萌, 王虎妹, 高宏霞, 金挺, 孫曉峰 申請人:中國空間技術研究院