CN104159007A - 一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置 - Google Patents

一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置 Download PDF

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Abstract

一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，该成像装置工作在卫星平台上，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装置；所述的多线列探测器包含Nd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di；任意两个线列探测器可探测运动速度大于vT的目标，包含目标与背景辐射能量信息的入射光经摆镜反射后由光学系统汇聚至焦平面，形成景物的像，驱动装置驱动摆镜按照角速率ω旋转，使景物的像以一定的先后顺序依次扫过各个线列探测器，线列探测器对景物的像进行采样，当景物的像完全经过该线列探测器后，形成一幅完整的图像。

Description

一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置
技术领域
本发明涉及一种运动目标搜索探测装置，可作为空中/空间运动目标的天基探测系统。
背景技术
基于多线列时差扫描的运动目标搜索探测装置的关键是形成具有一定时间间隔的多幅图像，利用背景在短时间内不动，目标相对背景移动的特性，通过将时差图像相减滤除背景，实现目标检测。在目前的线阵成像装置上，使用的是单线列探测器，单次扫描时间长，(通常≥5s)，在两次扫描成像之间，背景变化较大，不利于背景消除，复杂背景下检测弱小目标难度大。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种在短时间间隔内对同一景物形成多幅时差图像的运动目标搜索探测装置。
本发明的技术解决方案之一为：一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，该探测装置工作在卫星平台上，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装置；扫描机构位于光学系统前端，摆镜的尺寸应大于光学系统的口径；所述的多线列探测器包含Nd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di，其中i＝1,2,…,Nd-1；任意两个线列探测器可探测运动速度大于vT的目标，其中其中Δd为任意两个线列探测器之间距离，ω为扫描机构的扫描角速度，f为光学系统焦距，GSD为线列探测器的地面采样距离；
包含目标与背景辐射能量信息的入射光经摆镜反射后由光学系统1汇聚至焦平面，形成景物的像，驱动装置驱动摆镜按照预设的角速率旋转，使景物的像以一定的先后顺序依次扫过各个线列探测器：当景物的像以一定的速度扫过其中的一个线列探测器时，线列探测器对景物的像进行采样，每次采样获得一行图像，当景物的像完全经过该线列探测器后，形成一幅完整的图像；相邻两个线列探测器成像的时间间隔Δt为
本发明技术方案二是：一种基于多线列时差扫描的运动目标搜索探测装置，该探测装置工作在卫星平台上，包括光学系统、扫描机构和线列探测器；所述的扫描机构包括摆镜及其驱动装置；扫描机构位于光学系统后端；所述的多线列探测器包含Nd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di，其中i＝1,2,…,Nd-1；任意两个线列探测器可探测运动速度大于vT的目标，其中其中Δd为任意两个线列探测器之间距离，ω为扫描机构的扫描角速度，f为光学系统焦距，GSD为线列探测器的地面采样距离；
包含目标与背景辐射能量信息的入射光经光学系统汇聚至摆镜，经摆镜反射至焦平面，形成景物的像；驱动装置驱动摆镜按照预设的角速率旋转，使景物的像以一定的先后顺序依次扫过各个线列探测器：当景物的像以一定的速度扫过其中的一个线列探测器时，线列探测器对景物的像进行采样，每次采样获得一行图像，当景物的像完全经过该探测器后，形成一幅完整的图像，相邻两个线列探测器成像的时间间隔Δt为
所述的线列探测器为单个探测阵列，或者由奇偶元探测阵列组成；线列探测器由奇偶元探测阵列组成时，采用扩展采样成像方式，即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1/2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；将奇偶元探测阵列分别采集图像数据进行对齐拼接处理后形成一帧探测图像。
上述方案的原理是：扫描机构在将景物的图像以一定的速度依次扫过多线列探测器，利用线列探测器之间的空间位置间距，形成具有一定时差的多幅图像，利用背景在短时间内不动，目标相对背景移动的特性，通过将多线列时差图像滤除背景后，利用残差图像上的正负点对的邻域约束，实现不同运动速度目标探测。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、采用多线列探测器作为光学成像系统的焦面探测器，与目前使用单线列探测器的成像系统相比，可以在短时间间隔内，通过一次主动扫描，形成多幅时差图像，可以通过图像处理进行背景滤除，探测目标；
2、采用扫描机构进行主动扫描成像的方式，可以实现大范围、任意运动方向的目标探测；可以根据探测目标最小运动速度的变化，调节扫描速度，并结合多线列排列间隔的差异，任意选取两个线列探测器进行目标探测，即利用排列间隔小的两个线列实现高速目标探测，利用排列间隔大的两个线列实现低速目标探测，从而满足不同运动速度目标的同时探测，实现大速度范围运动目标探测；
3、采用多线列探测器，可以根据目标运动速度进行速度分级探测，提高大运态速度范围运动目标探测的稳定性。构成多线列探测器的单个线列探测器可采用与目前使用的探测器相同，不存在技术难题，仅在积分时间控制、图像后处理、探测器空间布局上有变化，技术成熟，易于实现。
4、当线列探测器由奇偶元探测阵列组成时，采用扩展采样成像方式，实现点源目标成像的二维扩展，提高点目标探测的稳定性。
附图说明
图1为本发明的前端扫描多线列时差扫描扩展采样点目标探测装置图；
图2为本发明的后端扫描多线列时差扫描扩展采样点目标探测装置图；
图3为本发明的双线列探测器组件布局图(每个线列探测器包含两个探测器阵列)；
图4为本发明的多线列探测器组件布局图(每个线列探测器包含两个探测器阵列)；
图5为本发明的多线列探测器组件布局图(每个线列探测器包含1个探测器阵列)。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明做详细说明。
实施例1—前端扫描、多线列时差扫描扩展采样探测器
如图1所示，一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，该探测装置工作在卫星平台上，包括光学系统1、扫描机构2和多线列探测器3；所述的扫描机构包括摆镜及其驱动装置；扫描机构位于光学系统前端，摆镜的尺寸应大于光学系统的口径；所述的多线列探测器为双线列探测器例如图3中所示的7、8，或者包含Nd个线列探测器，如图4所示的标号11、12、13，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di，其中i＝1,2,…,Nd-1，Nd>2；任意两个线列探测器可探测运动速度大于vT的目标，其中任意两个线列探测器之间距离Δd，光学系统焦距f，线列探测器的地面采样距离GSD，每个线列探测器的地面采样距离相同。
本例中光学系统1为典型的卡塞格伦形式的光学系统，由主镜和次镜组成，入射光线经过主镜和次镜反射汇聚后入射到线列探测器上。多线列探测器可如图4所示，每个线列探测器11、12、13由奇数元探测阵列9和偶数元探测阵列10组成，两个探测阵列平行排列，在垂直扫描方向依次错开1/2个像元；也可如图5所示，每个线列探测器14、15、16由1个探测阵列17组成。相邻两个线列探测器的距离为di，扫描方向与线列探测器垂直。
包含目标与背景的辐射能量信息的入射光经摆镜反射后经光学系统汇聚至焦平面，形成景物的像，驱动装置驱动摆镜按照预设的角速率旋转，使景物的像依次扫过各个线列探测器。当景物的像以一定的速度扫过其中的一个线列探测器时，探测器对景物的像进行采样，每次采样获得一行图像，当景物的像完全经过该探测器后，形成一幅完整的图像。由于景物的像以一定的先后顺序经过各个线列探测器，所以每个探测器对景物同一行像成像的时间不同，可以通过设定线列探测器之间的距离，获得不同时间间隔的景物图像,时间间隔Δt与两个线列探测器之间的距离Δd，扫描机构的扫描速度ω，光学系统焦距f有关，可表达为：当景物扫过线列探测器11时，对应的时间为t1，同样的经过扫过线列探测器12时，对应的时间为t2，同样的扫过线列探测器13时，对应的时间为tn，这里以三线列探测器说明。经过一次扫描，三线列探测器形成三幅图像，图像2与图像1的时间差为Δt1＝t2-t1，图像3与图像2的时间差为Δt2＝t3-t2，图像3与图像1的时间差为Δt3＝Δt1+Δt2。在任意两个线列探测器成像时间间隔Δt内，背景不变，要探测的目标由于具有一定的飞行速度v，飞过的距离为v*Δt，由此形成了对应的两幅图像其中背景不变，仅有目标移动了若干像元。多线列探测器的引入，可以通过不同线列探测器的组合，获得不同时间差的图像，以适应对不同速度的移动目标的探测。
实施例2—后端扫描、多线列时差扫描扩展采样探测器
如图2所示，一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，该探测装置工作在卫星平台上，包括光学系统1、扫描机构2和多线列探测器3；所述的扫描机构2包括摆镜及其驱动装置；扫描机构2位于光学系统1后端；所述的线列探测器为双线列探测器例如图3中所示的标号7、8；两个线列探测器可探测运动速度大于vT的目标，其中扫描机构2的扫描角速度ω，两个线列探测器之间距离d，光学系统焦距f，线列探测器的地面采样距离GSD。双线列探测器组成如图3所示。
本例中光学系统1为典型的卡塞格伦形式的光学系统，由主镜和次镜组成，入射光线经过主镜和次镜反射汇聚后入射到扫描镜上，经扫描镜折转到线列探测器上。双线列探测器如图3中所示的标号7、8，每个线列探测器由奇数元探测阵列9和偶数元探测阵列10组成，两个探测阵列平行排列，在垂直扫描方向依次错开1/2个像元；两个线列探测器的距离为d，扫描方向与线列探测器垂直。
包含目标与背景的辐射能量信息的入射光经光学系统汇聚至摆镜，经摆镜反射至焦平面，形成景物的像。实际中的光学系统可以有多种具体形式，这里仅以光学系统1作为示例说明。驱动装置驱动摆镜按照预设的角速率旋转，使景物的像依次扫过各个线列探测器。当景物的像以一定的速度扫过其中的一个线列探测器时，探测器对景物的像进行采样，每次采样获得一行图像，当景物的像完全经过该探测器后，采样获得n行图像，合成为一幅完整的图像。由于景物的像以一定的先后顺序经过各个线列探测器，所以每个探测器对景物同一行像成像的时间不同，可以通过设定线列探测器之间的距离，获得不同时间间隔的景物图像，时间间隔Δt与两个线列探测器之间的距离d，扫描机构的扫描速度ω，光学系统焦距f有关，可表达为：当景物扫过线列探测器7时，对应的时间为t1，同样的经过扫过线列探测器8时，对应的时间为t2。经过一次扫描，双线列探测器形成两幅图像，图像2与图像1的时间差为Δt＝t2-t1。在Δt时间内，背景不变，要探测的目标由于具有一定的飞行速度v，飞过的距离为v*Δt，由此形成了两幅图像其中背景基本不变，仅有目标移动了若干像元。可以通过将两幅图像的差分滤除背景，实现对移动目标的探测。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，该探测装置工作在卫星平台上，其特征在于：包括光学系统(1)、扫描机构(2)和多线列探测器(3)；所述的扫描机构(2)包括摆镜及其驱动装置；扫描机构(2)位于光学系统(1)前端，摆镜的尺寸应大于光学系统(1)的口径；所述的多线列探测器(3)包含Nd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di，其中i＝1,2,…,Nd-1；任意两个线列探测器可探测运动速度大于vT的目标，其中其中Δd为任意两个线列探测器之间距离，ω为扫描机构的扫描角速度，f为光学系统焦距，GSD为线列探测器的地面采样距离；
包含目标与背景辐射能量信息的入射光经摆镜反射后由光学系统(1)汇聚至焦平面，形成景物的像，驱动装置驱动摆镜按照预设的角速率旋转，使景物的像以一定的先后顺序依次扫过各个线列探测器：当景物的像以一定的速度扫过其中的一个线列探测器时，线列探测器对景物的像进行采样，每次采样获得一行图像，当景物的像完全经过该线列探测器后，形成一幅完整的图像；任意两个线列探测器成像的时间间隔Δt为
2.一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，该探测装置工作在卫星平台上，其特征在于：包括光学系统(1)、扫描机构(2)和线列探测器(3)；所述的扫描机构(2)包括摆镜及其驱动装置；扫描机构(2)位于光学系统(1)后端；所述的多线列探测器包含Nd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di，其中i＝1,2,…,Nd-1；任意两个线列探测器可探测运动速度大于vT的目标，其中其中Δd为任意两个线列探测器之间距离，ω为扫描机构的扫描角速度，f为光学系统焦距，GSD为线列探测器的地面采样距离；
包含目标与背景辐射能量信息的入射光经光学系统(1)汇聚至摆镜，经摆镜反射至焦平面，形成景物的像；驱动装置驱动摆镜按照预设的角速率旋转，使景物的像以一定的先后顺序依次扫过各个线列探测器：当景物的像以一定的速度扫过其中的一个线列探测器时，线列探测器对景物的像进行采样，每次采样获得一行图像，当景物的像完全经过该探测器后，形成一幅完整的图像，相邻两个线列探测器成像的时间间隔Δt为
3.根据权利要求1或2所述的一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，其特征在于：所述的线列探测器为单个探测阵列，或者由奇偶元探测阵列组成。
4.根据权利要求3所述一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标搜索探测装置，其特征在于：线列探测器由奇偶元探测阵列组成时，采用扩展采样成像方式，即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1/2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；将奇偶元探测阵列分别采集图像数据进行对齐拼接处理后形成一帧探测图像；所述采样长度为像元对应的瞬时视场；所述St≥2。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105425391A (zh) * 2015-11-26 2016-03-23 中国航空工业第六一八研究所 一种机载星敏感器光学系统
CN107152971A (zh) * 2017-05-03 2017-09-12 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七七研究所） 一种提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法
CN107356338A (zh) * 2017-05-27 2017-11-17 中国科学院上海技术物理研究所 一种大幅宽高温度灵敏度的红外遥感成像装置及方法
CN110567589A (zh) * 2019-09-11 2019-12-13 北京空间飞行器总体设计部 一种用于运动目标探测识别的多谱段多线列探测器系统
CN110567440A (zh) * 2019-09-11 2019-12-13 北京空间飞行器总体设计部 一种多线列扫描与面阵凝视一体的空间光学相机
WO2022109867A1 (en) * 2020-11-25 2022-06-02 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. Imaging systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632612A (zh) * 2004-12-24 2005-06-29 中国科学院上海技术物理研究所 双线列准凝视移动探测方法
CN101706961A (zh) * 2009-11-10 2010-05-12 北京航空航天大学 一种图像的配准方法及装置
CN101893552A (zh) * 2010-07-06 2010-11-24 西安电子科技大学 基于压缩感知的高光谱成像仪及成像方法
US20110115793A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Grycewicz Thomas J System and Method for Super-Resolution Digital Time Delay and Integrate (TDI) Image Processing
CN103607547A (zh) * 2013-12-09 2014-02-26 江苏思特威电子科技有限公司 镜像像素成像装置及其成像方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1632612A (zh) * 2004-12-24 2005-06-29 中国科学院上海技术物理研究所 双线列准凝视移动探测方法
CN101706961A (zh) * 2009-11-10 2010-05-12 北京航空航天大学 一种图像的配准方法及装置
US20110115793A1 (en) * 2009-11-16 2011-05-19 Grycewicz Thomas J System and Method for Super-Resolution Digital Time Delay and Integrate (TDI) Image Processing
CN101893552A (zh) * 2010-07-06 2010-11-24 西安电子科技大学 基于压缩感知的高光谱成像仪及成像方法
CN103607547A (zh) * 2013-12-09 2014-02-26 江苏思特威电子科技有限公司 镜像像素成像装置及其成像方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105425391A (zh) * 2015-11-26 2016-03-23 中国航空工业第六一八研究所 一种机载星敏感器光学系统
CN107152971A (zh) * 2017-05-03 2017-09-12 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七七研究所） 一种提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法
CN107152971B (zh) * 2017-05-03 2019-09-10 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七一七研究所） 一种提高线阵红外电子放大图像水平细节分辨率的方法
CN107356338A (zh) * 2017-05-27 2017-11-17 中国科学院上海技术物理研究所 一种大幅宽高温度灵敏度的红外遥感成像装置及方法
CN110567589A (zh) * 2019-09-11 2019-12-13 北京空间飞行器总体设计部 一种用于运动目标探测识别的多谱段多线列探测器系统
CN110567440A (zh) * 2019-09-11 2019-12-13 北京空间飞行器总体设计部 一种多线列扫描与面阵凝视一体的空间光学相机
WO2022109867A1 (en) * 2020-11-25 2022-06-02 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. Imaging systems

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