CN104125372A - 一种目标光电搜索探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种目标光电搜索探测方法，该方法采用视频处理设备消除拍摄的图像拖尾。将右边图像进行相应的坐标平移，投影到左边图像的平面上，完成两幅图相邻柱面图像的配准，将整组图片依次进行配准就实现了图像的全景拼接。通过计算宏块相对位移量的均值来计算这一帧和上一帧的帧相对位移量，将帧相对位移量作为参数进行下一帧受到干扰时的位移补偿，从而消除图像的抖动。本方法解决了现有的光电搜索探测方法拍摄的图像会出现拖尾现象、图像无法实现全景拼接和高速运动过程中图像抖动的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种搜索探测方法，特别是一种目标光电搜索探测方法。
背景技术
目标是指具有低空、超低空飞行的小型航空器或空飘物，具有飞行高度低、飞行速度慢、目标特征小等特点。由于超低空背景复杂且目标对比度差等原因，目标不容易被侦测发现。现阶段为了适应昼夜环境下的目标识别、锁定和跟踪，现有的光电搜索探测方法采用的光电搜索探测装置一般由红外制冷摄像机、可见光摄像机、激光测距机、二维转台和视频处理设备组成。现有的光电搜索探测方法是在二维转台转动过程中的通过红外制冷摄像机拍摄目标并进行图像处理，用激光测试机完成目标距离的测试，从而完成对目标的捕获和轨迹计算。该方法存在一些不足，当转动速度较快时，光电搜索探测装置拍摄的图像会出现拖尾现象、图像无法实现全景拼接同时在高速运动过程中图像也会出现抖动现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种目标光电搜索探测方法，解决现有的光电搜索探测方法拍摄的图像会出现拖尾现象、图像无法实现全景拼接和高速运动过程中图像抖动的问题。
一种目标光电搜索探测方法，其具体步骤为：
第一步 构建光电搜索探测装置
光电搜索探测装置，包括：红外制冷摄像机、可见光摄像机、激光测距机、二维转台、视频处理设备和系统控制器。
红外制冷摄像机、激光测距机、可见光摄像机安装在二维转台上，以红外制冷摄像机的光轴为基准，可见光摄像机与红外制冷摄像机的光轴不平行度小于30″，激光测距机与红外制冷摄像机的光轴不平行度小于30″。
二维转台包括俯仰轴和方位轴两个转动机构。
红外制冷摄像机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，可见光摄像机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，激光测距机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，二维转台的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，二维转台的控制接口与系统控制器的控制接口通过导线连接，视频处理设备的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接。
第二步 伪目标库设定
光电搜索探测装置内设置常见伪目标特征库，包括：远处的汽车、行人、树林、塔吊和建筑物。伪目标特征库在光电搜索探测装置使用时，根据系统控制器进行操作，自动增添经常出现、且需要被人为剔除的伪目标，完成伪目标特征库的自动升级。
第三步 光电搜索探测装置加电自检
光电搜索探测装置的红外制冷摄像机、可见光摄像机、激光测距机、二维转台、视频处理设备和系统控制器分别加电，各设备加电后自检并将自检结果通过数据接口发送给系统控制器。系统控制器将自检结果发送给外部用户。
第四步 光电搜索探测装置背景扫描
在系统正式工作前，在人工判别无目标的前提下，开启光电搜索探测装置，系统控制器根据外界环境亮度选择红外制冷摄像机或可见光摄像机进行外界环境扫描。
背景扫描开始时，系统处于初始位置，二维转台的俯仰轴处于水平状态，方位轴在零位上。系统控制器控制方位轴以预先设定的速度连续转动，每转过一圈，俯仰轴向上转过一个角度，该角度由系统控制器选择的摄像机镜头单视场角决定，并预留一个固定的交叠量，直到俯仰角达到最大俯仰角度。系统继续进行工作，方位轴每转过一圈，俯仰轴向下转动一个角度，直到俯仰轴处于水平状态。
第五步 图像拖尾处理
摄像机将拍摄的图像发送给视频处理设备，视频处理设备采用反卷积式补偿的方式消除拍摄的图像拖尾。
视频处理设备将处理的包含地面环境的背景图像发送给系统控制器，系统控制器进行存储，作为系统背景信息。
第六步 图像消抖
系统控制器将每帧图像分成M*M像素大小的宏块，每个宏块内的像素都运动相同的位移，通过搜索当前帧M*M像素大小的宏块与上一帧对应最匹配M*M像素大小的宏块来确定宏块的相对位移量。
通过计算宏块相对位移量的均值来计算这一帧和上一帧的帧相对位移量，将帧相对位移量作为参数进行下一帧受到干扰时的位移补偿，从而消除图像的抖动。
第七步 图像全景拼接
依据拍摄时的条件，选左边图像的右1/3，右边图像的左1/3。
在左边图像的重叠区域内，利用Moravec算子设定阈值，选取具有最大窗口值的特征块，并以该块的中心点坐标作为一个特征点。
以最大相关原则，在右边图像中寻找与特征块具有最大相关系数的同等大小的块作为匹配块，并以该块的中心点坐标作为特征点的匹配点。
特征点与匹配点的平移参数，即为两幅图相邻柱面图像的匹配参数。将右边图像进行相应的坐标平移，投影到左边图像的平面上，完成两幅图相邻柱面图像的配准，将整组图片依次进行配准就实现了图像的全景拼接。
第八步 红外制冷摄像机扫描外界环境
电视搜索探测装置按照每扫描一周，二维转台轴抬高一个角度的模式，由红外制冷摄像机扫描外界环境。
红外制冷摄像机将扫描的图像发送给视频处理设备，视频处理设备将扫描的图像进行图像消抖和全景拼接，将拼接后的图像发送给系统控制器。
第九步 视频处理设备处理图像
系统控制器根据采集到的全景图像序列，采用空域滤波算法进行滤波，改进的平台直方图算法进行图像增强，减少图像中的噪声和杂波，提高图像信噪比，突出目标，抑制背景。同时考虑到噪声的不随机性，背景云的大面积性，以及目标的连续性，利用二维类间方差方式和局部生长方式来进行图像的分割，消除原始图像中的不可能是目标的孤立噪声点和大面积的背景区域，再利用上下多序列的相关信息，实现对目标的分割和识别。提取目标的特征向量，包括其矩形度、区域矩、归一化转动惯量，进行进一步目标确认。
第十步 系统控制器进行目标自动识别
光电搜索探测装置在俯仰0~30°区间，红外制冷摄像机成像背景多为地面背景。光电搜索探测装置对实时采集的图像与系统背景信息相匹配的背景图像相减，对差值图中的连通域进行提取，设定为可疑目标。系统控制器对各可疑目标进行面积判别、形状判别，将各可疑目标与伪目标特征库中的伪目标进行比较，若匹配上，则剔除伪目标特征库中的伪目标。
光电搜索探测装置在俯仰超过30°后，背景为天空，背景较为单一，系统控制器进行面积判别、形状判别，将各可疑目标与伪目标特征库中的伪目标进行比较，若匹配上，则剔除伪目标特征库中的伪目标。
经上述步骤后，若仍存在可疑目标，则标识可疑目标，并进行可疑目标突出显示后发送至上位机。
第十一步 可疑目标人工识别
在光电搜索探测装置发现可疑目标后，将含可疑目标的图像发送至上位机进行人工判别，此时系统处于俯仰锁定状态，即转台俯仰不变，方位全周扫描，此时，将后续实时图像与初始判别出可疑目标的图像帧做比较，若可疑目标象素坐标位置变动，说明可疑目标处于运动状态，若可疑目标随着时间无象素坐标位置的变动，说明可疑目标处于静止状态。
若可疑目标处于静止状态，则光电搜索探测装置重新开始扫描外界环境，若可疑目标处于运动状态则进行可疑目标跟踪。
第十二步 可疑目标跟踪
摄像机将拍摄的图像，发送给视频处理设备，视频处理设备根据可疑目标像素坐标位置及坐标位置变动，对目标位置进行预判断，计算出二维转台指向轴相对目标预置位的脱靶量，并将脱靶量输出给系统控制器，系统控制器控制二维转台指向目标。
第十三步 可疑目标距离测量
系统控制器不断接收视频处理设备发送过来的图像，当目标的位置距离跟踪视场4个像素以内时，系统控制器提示目标跟踪到位。
在目标跟踪到位后，通过系统控制器向激光测距机发送测距指令。激光测距机以固定的频率连续对可疑目标进行距离测量。
第十四步 目标航迹建立
在自动跟踪过程中，系统控制器通过对目标的方位、俯仰、距离的获取及目标运动方向的计算，得出目标航迹，目标航迹作为目标光电搜索的输出结果，为目标的捕获提供基础。
若目标自动跟踪过程中，发现目标并非为可疑目标，通过系统控制器解除目标的跟踪，并重新执行红外制冷摄像机扫描外界环境的步骤，直至获得目标航迹为止。
至此完成了目标光电搜索探测。
本发明的目的在于提供一种目标光电搜索探测方法，有效地解决光电搜索探测装置拍摄的图像会出现拖尾现象、图像无法实现全景拼接和高速运动过程中图像抖动的问题。
具体实施方式
一种目标光电搜索探测方法，其具体步骤为：
第一步 构建光电搜索探测装置
光电搜索探测装置，包括：红外制冷摄像机、可见光摄像机、激光测距机、二维转台、视频处理设备和系统控制器。
红外制冷摄像机、激光测距机、可见光摄像机安装在二维转台上，以红外制冷摄像机的光轴为基准，可见光摄像机与红外制冷摄像机的光轴不平行度小于30″，激光测距机与红外制冷摄像机的光轴不平行度小于30″。
二维转台包括俯仰轴和方位轴两个转动机构。
红外制冷摄像机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，可见光摄像机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，激光测距机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，二维转台的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，二维转台的控制接口与系统控制器的控制接口通过导线连接，视频处理设备的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接。
第二步 伪目标库设定
光电搜索探测装置内设置常见伪目标特征库，包括：远处的汽车、行人、树林、塔吊和建筑物。伪目标特征库在光电搜索探测装置使用时，根据系统控制器进行操作，自动增添经常出现、且需要被人为剔除的伪目标，完成伪目标特征库的自动升级。
第三步 光电搜索探测装置加电自检
光电搜索探测装置的红外制冷摄像机、可见光摄像机、激光测距机、二维转台、视频处理设备和系统控制器分别加电，各设备加电后自检并将自检结果通过数据接口发送给系统控制器。系统控制器将自检结果发送给外部用户。
第四步 光电搜索探测装置背景扫描
在系统正式工作前，在人工判别无目标的前提下，开启光电搜索探测装置，系统控制器根据外界环境亮度选择红外制冷摄像机或可见光摄像机进行外界环境扫描。
背景扫描开始时，系统处于初始位置，二维转台的俯仰轴处于水平状态，方位轴在零位上。系统控制器控制方位轴以预先设定的速度连续转动，每转过一圈，俯仰轴向上转过一个角度，该角度由系统控制器选择的摄像机镜头单视场角决定，并预留一个固定的交叠量，直到俯仰角达到最大俯仰角度。系统继续进行工作，方位轴每转过一圈，俯仰轴向下转动一个角度，直到俯仰轴处于水平状态。
第五步 图像拖尾处理
摄像机将拍摄的图像发送给视频处理设备，视频处理设备采用反卷积式补偿的方式消除拍摄的图像拖尾。
视频处理设备将处理的包含地面环境的背景图像发送给系统控制器，系统控制器进行存储，作为系统背景信息。
第六步 图像消抖
系统控制器将每帧图像分成M*M像素大小的宏块，每个宏块内的像素都运动相同的位移，通过搜索当前帧M*M像素大小的宏块与上一帧对应最匹配M*M像素大小的宏块来确定宏块的相对位移量。
通过计算宏块相对位移量的均值来计算这一帧和上一帧的帧相对位移量，将帧相对位移量作为参数进行下一帧受到干扰时的位移补偿，从而消除图像的抖动。
第七步 图像全景拼接
依据拍摄时的条件，选左边图像的右1/3，右边图像的左1/3。
在左边图像的重叠区域内，利用Moravec算子设定阈值，选取具有最大窗口值的特征块，并以该块的中心点坐标作为一个特征点。
以最大相关原则，在右边图像中寻找与特征块具有最大相关系数的同等大小的块作为匹配块，并以该块的中心点坐标作为特征点的匹配点。
特征点与匹配点的平移参数，即为两幅图相邻柱面图像的匹配参数。将右边图像进行相应的坐标平移，投影到左边图像的平面上，完成两幅图相邻柱面图的配准，将整组图片依次进行配准就实现了图像的全景拼接。
第八步 红外制冷摄像机扫描外界环境
电视搜索探测装置按照每扫描一周，二维转台轴抬高一个角度的模式，由红外制冷摄像机扫描外界环境。
红外制冷摄像机将扫描的图像发送给视频处理设备，视频处理设备将扫描的图像进行图像消抖和全景拼接，将拼接后的图像发送给系统控制器。
第九步 视频处理设备图像处理
系统控制器根据采集到的全景图像序列，采用空域滤波算法进行滤波，改进的平台直方图算法进行图像增强，减少图像中的噪声和杂波，提高图像信噪比，突出目标，抑制背景。同时考虑到噪声的不随机性，背景云的大面积性，以及目标的连续性，利用二维类间方差方式和局部生长方式来进行图像的分割，消除原始图像中的不可能是目标的孤立噪声点和大面积的背景区域，再利用上下多序列的相关信息，实现对目标的分割和识别。提取目标的特征向量，包括其矩形度、区域矩、归一化转动惯量，进行进一步目标确认。
第十步 系统控制器目标自动识别
光电搜索探测装置在俯仰0~30°区间，红外制冷摄像机成像背景多为地面背景。光电搜索探测装置对实时采集的图像与系统背景信息相匹配的背景图像相减，对差值图中的连通域进行提取，设定为可疑目标。系统控制器对各可疑目标进行面积判别、形状判别，将各可疑目标与伪目标特征库中的伪目标进行比较，若能够匹配上，则剔除伪目标特征库中的伪目标。
光电搜索探测装置在俯仰超过30°后，背景为天空，背景较为单一，系统控制器进行面积判别、形状判别，将各可疑目标与伪目标特征库中的伪目标进行比较，若能够匹配上，则剔除伪目标特征库中的伪目标。
经上述步骤后，若仍存在可疑目标，则标识可疑目标，并进行可疑目标突出显示后发送至上位机。
第十一步 可疑目标人工识别
在光电搜索探测装置发现可疑目标后，将含可疑目标的图像发送至上位机进行人工判别，此时系统处于俯仰锁定状态，即转台俯仰不变，方位全周扫描，此时，将后续实时图像与初始判别出可疑目标的图像帧做比较，若可疑目标象素坐标位置变动，说明可疑目标处于运动状态，若可疑目标随着时间无象素坐标位置的变动，说明可疑目标处于静止状态。
操作人员根据目标的状态判断目标是否为可疑目标，不是可疑目标则光电搜索探测装置重新开始扫描外界环境，是可疑目标则进行可疑目标跟踪。
第十二步 可疑目标跟踪
摄像机将拍摄的图像，发送给视频处理设备，视频处理设备根据可疑目标像素坐标位置及坐标位置变动，对目标位置进行预判断，计算出二维转台指向轴相对目标预置位的脱靶量，并将脱靶量输出给系统控制器，系统控制器控制二维转台指向目标。
第十三步 可疑目标距离测量
系统控制器不断接收视频处理设备发送过来的图像，当目标的位置距离跟踪视场4个像素以内时，系统控制器提示目标跟踪到位。
在目标跟踪到位后，通过系统控制器向激光测距机发送测距指令。激光测距机以固定的频率连续对可疑目标进行距离测量。
第十四步 目标航迹建立
在自动跟踪过程中，系统控制器通过对目标的方位、俯仰、距离的获取及目标运动方向的计算，得出目标航迹，目标航迹作为目标光电搜索的输出结果，为目标的捕获提供基础。
若目标自动跟踪过程中，发现目标并非为可疑目标，通过系统控制器解除目标的跟踪，并重新执行红外制冷摄像机扫描外界环境的步骤，直至获得目标航迹为止。
至此完成了目标光电搜索探测。
Claims (1)
1.一种目标光电搜索探测方法，其特征在于具体步骤为：
第一步 构建光电搜索探测装置
光电搜索探测装置，包括：红外制冷摄像机、可见光摄像机、激光测距机、二维转台、视频处理设备和系统控制器；
红外制冷摄像机、激光测距机、可见光摄像机安装在二维转台上，以红外制冷摄像机的光轴为基准，可见光摄像机与红外制冷摄像机的光轴不平行度小于30″，激光测距机与红外制冷摄像机的光轴不平行度小于30″；
二维转台包括俯仰轴和方位轴两个转动机构；
红外制冷摄像机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，可见光摄像机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，激光测距机的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，二维转台的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接，二维转台的控制接口与系统控制器的控制接口通过导线连接，视频处理设备的数据接口与系统控制器的数据接口通过导线连接；
第二步 伪目标库设定
光电搜索探测装置内设置常见伪目标特征库，包括：远处的汽车、行人、树林、塔吊和建筑物；伪目标特征库在光电搜索探测装置使用时，根据系统控制器进行操作，自动增添经常出现、且需要被人为剔除的伪目标，完成伪目标特征库的自动升级；
第三步 光电搜索探测装置加电自检
光电搜索探测装置的红外制冷摄像机、可见光摄像机、激光测距机、二维转台、视频处理设备和系统控制器分别加电，各设备加电后自检并将自检结果通过数据接口发送给系统控制器；系统控制器将自检结果发送给外部用户；
第四步 光电搜索探测装置背景扫描
在系统正式工作前，在人工判别无目标的前提下，开启光电搜索探测装置，系统控制器根据外界环境亮度选择红外制冷摄像机或可见光摄像机进行外界环境扫描；
背景扫描开始时，系统处于初始位置，二维转台的俯仰轴处于水平状态，方位轴在零位上；系统控制器控制方位轴以预先设定的速度连续转动，每转过一圈，俯仰轴向上转过一个角度，该角度由系统控制器选择的摄像机镜头单视场角决定，并预留一个固定的交叠量，直到俯仰角达到最大俯仰角度；系统继续进行工作，方位轴每转过一圈，俯仰轴向下转动一个角度，直到俯仰轴处于水平状态；
第五步 图像拖尾处理
摄像机将拍摄的图像发送给视频处理设备，视频处理设备采用反卷积式补偿的方式消除拍摄的图像拖尾；
视频处理设备将处理的包含地面环境的背景图像发送给系统控制器，系统控制器进行存储，作为系统背景信息；
第六步 图像消抖
系统控制器将每帧图像分成M*M像素大小的宏块，每个宏块内的像素都运动相同的位移，通过搜索当前帧M*M像素大小的宏块与上一帧对应最匹配M*M像素大小的宏块来确定宏块的相对位移量；
通过计算宏块相对位移量的均值来计算这一帧和上一帧的帧相对位移量，将帧相对位移量作为参数进行下一帧受到干扰时的位移补偿，从而消除图像的抖动；
第七步 图像全景拼接
依据拍摄时的条件，选左边图像的右1/3，右边图像的左1/3；
在左边图像的重叠区域内，利用Moravec算子设定阈值，选取具有最大窗口值的特征块，并以该块的中心点坐标作为一个特征点；
以最大相关原则，在右边图像中寻找与特征块具有最大相关系数的同等大小的块作为匹配块，并以该块的中心点坐标作为特征点的匹配点；
特征点与匹配点的平移参数，即为两幅图相邻柱面图像的匹配参数；将右边图像进行相应的坐标平移，投影到左边图像的平面上，完成两幅图相邻柱面图像的配准，将整组图片依次进行配准就实现了图像的全景拼接；
第八步 红外制冷摄像机扫描外界环境
电视搜索探测装置按照每扫描一周，二维转台轴抬高一个角度的模式，由红外制冷摄像机扫描外界环境；
红外制冷摄像机将扫描的图像发送给视频处理设备，视频处理设备将扫描的图像进行图像消抖和全景拼接，将拼接后的图像发送给系统控制器；
第九步 视频处理设备处理图像
系统控制器根据采集到的全景图像序列，采用空域滤波算法进行滤波，改进的平台直方图算法进行图像增强，突出目标，抑制背景；同时考虑到噪声的不随机性，背景云的大面积性，以及目标的连续性，利用二维类间方差方式和局部生长方式来进行图像的分割，消除原始图像中的不可能是目标的孤立噪声点和大面积的背景区域，再利用上下多序列的相关信息，实现对目标的分割和识别；提取目标的特征向量，包括其矩形度、区域矩、归一化转动惯量，进行进一步目标确认；
第十步 系统控制器进行目标自动识别
光电搜索探测装置在俯仰0~30°区间，红外制冷摄像机成像背景多为地面背景；光电搜索探测装置对实时采集的图像与系统背景信息相匹配的背景图像相减，对差值图中的连通域进行提取，设定为可疑目标；系统控制器对各可疑目标进行面积判别、形状判别，将各可疑目标与伪目标特征库中的伪目标进行比较，若匹配上，则剔除伪目标特征库中的伪目标；
光电搜索探测装置在俯仰超过30°后，背景为天空，系统控制器进行面积判别、形状判别，将各可疑目标与伪目标特征库中的伪目标进行比较，若匹配上，则剔除伪目标特征库中的伪目标；
经上述步骤后，若仍存在可疑目标，则标识可疑目标，并进行可疑目标突出显示后发送至上位机；
第十一步 可疑目标人工识别
在光电搜索探测装置发现可疑目标后，将含可疑目标的图像发送至上位机进行人工判别，此时系统处于俯仰锁定状态，即转台俯仰不变，方位全周扫描，此时，将后续实时图像与初始判别出可疑目标的图像帧做比较，若可疑目标象素坐标位置变动，说明可疑目标处于运动状态，若可疑目标随着时间无象素坐标位置的变动，说明可疑目标处于静止状态；
若可疑目标处于静止状态，则光电搜索探测装置重新开始扫描外界环境，若可疑目标处于运动状态则进行可疑目标跟踪；
第十二步 可疑目标跟踪
摄像机将拍摄的图像，发送给视频处理设备，视频处理设备根据可疑目标像素坐标位置及坐标位置变动，对目标位置进行预判断，计算出二维转台指向轴相对目标预置位的脱靶量，并将脱靶量输出给系统控制器，系统控制器控制二维转台指向目标；
第十三步 可疑目标距离测量
系统控制器不断接收视频处理设备发送过来的图像，当目标的位置距离跟踪视场4个像素以内时，系统控制器提示目标跟踪到位；
在目标跟踪到位后，通过系统控制器向激光测距机发送测距指令；激光测距机以固定的频率连续对可疑目标进行距离测量；
第十四步 目标航迹建立
在自动跟踪过程中，系统控制器通过对目标的方位、俯仰、距离的获取及目标运动方向的计算，得出目标航迹，目标航迹作为目标光电搜索的输出结果，为目标的捕获提供基础；
若目标自动跟踪过程中，发现目标并非为可疑目标，通过系统控制器解除目标的跟踪，并重新执行红外制冷摄像机扫描外界环境的步骤，直至获得目标航迹为止；
至此完成了目标光电搜索探测。
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| CN201410366001.8A CN104125372B (zh) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | 一种目标光电搜索探测方法 |
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ID=51770629
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|---|---|---|---|
| CN201410366001.8A Active CN104125372B (zh) | 2014-07-29 | 2014-07-29 | 一种目标光电搜索探测方法 |
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