CN106370309A - 低空小目标的红外搜索系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了低空小目标的红外搜索系统，涉及光电探测技术领域，包括：通过光学系统对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像，通过计算机将偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角，并将偏振度、偏振角和原始图像进行融合，得到融合信息，将目标从融合信息中进行分离，并显示目标，从而可以有效增强图像对比度，提高信噪比和探测精度，而且目标的偏振特性不受大气消光的影响，可以大大降低雾霾天气对系统性能的影响。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，尤其是涉及低空小目标的红外搜索系统。
背景技术
随着民用无人机的普及,利用无人机从事非法活动的问题日益突显,因此在重要场所对此类低空领域小目标的监控显得尤为迫切。
目前，通过红外成像系统对低空小目标进行检测，红外成像系统是通过接收目标自身辐射的红外波段能量并根据辐射强度差异从背景中搜索目标，但是，这种检测方式容易受到探测距离和大气条件的影响。
为了提高系统的探测距离并保证从复杂背景中有效地分离出目标，通常采用制冷型的红外焦平面阵列成像器件，虽然提高了系统的探测距离，但是降低了探测器噪声，无法抑制背景杂波，在雾霾等不良天气条件下会出现性能下降的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供低空小目标的红外搜索系统，可以有效增强图像对比度，提高信噪比和探测精度，而且目标的偏振特性不受大气消光的影响，可以大大降低雾霾天气对系统性能的影响。
第一方面，本发明实施例提供了低空小目标的红外搜索系统，所述系统包括：光学系统和计算机；
所述光学系统，与所述计算机相连接，用于对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像，并将所述多个偏振图像和所述原始图像发送给所述计算机；
所述计算机，与所述云台相连接，用于接收所述光学系统发送的所述多个偏振图像和所述原始图像，将所述偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角，并将所述偏振度、所述偏振角和所述原始图像进行融合，得到融合信息，将目标从所述融合信息中进行分离，并显示所述目标。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述光学系统包括偏振装置，与所述计算机中的控制器相连接，用于对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，得到斯托克斯矢量。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述光学系统还包括变调焦镜组，与所述控制器相连接，用于对所述入射光进行调整，并根据不同距离的目标对场景图像进行变焦和调焦。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述系统还包括CCD相机，与所述计算机中的图像处理器相连接，用于对所述检偏的目标进行光学成像得到多个所述偏振图像以及获取所述原始图像。
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述图像处理器，用于将所述偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到所述偏振度和所述偏振角，并将所述偏振度、所述偏振角和所述原始图像进行融合，得到所述融合信息，并将目标从所述融合信息中进行分离。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，还包括云台，与所述控制器相连接，用于通过所述控制器驱动所述光学系统调整方位角和俯仰角。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括显示器，与所述图像处理器相连接，用于显示所述目标。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述偏振装置包括多个偏振片，每个所述偏振片以不同的偏振方向设置在可旋转轮盘上。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述偏振装置还包括用于驱动所述可旋转轮盘旋转的旋转装置，当所述计算机控制所述旋转装置驱动所述可旋转轮盘旋转时，使任一所述偏振片或孔位中心位于所述光学系统的光轴上。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述偏振方向包括0度、60度和120度。
本发明实施例提供了低空小目标的红外搜索系统，通过光学系统对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像，通过计算机将偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角，并将偏振度、偏振角和原始图像进行融合，得到融合信息，将目标从融合信息中进行分离，并显示目标，从而可以有效增强图像对比度，提高信噪比和探测精度，而且目标的偏振特性不受大气消光的影响，可以大大降低雾霾天气对系统性能的影响。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的低空小目标的红外搜索系统示意图；
图2为本发明实施例一提供的光学系统结构示意图；
图3为本发明实施例一提供的可旋转轮盘的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的红外搜索方法流程图。
图标：
10-光学系统； 11-偏振装置； 12-变调焦镜组；
13-CCD相机； 20-计算机； 21-控制器；
22-图像处理器； 23-显示器； 30-云台。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例进行详细介绍。
实施例一：
图1为本发明实施例一提供的低空小目标的红外搜索系统示意图。
参照图1，该系统包括光学系统10、计算机20和云台30。
其中，光学系统包括偏振装置11、变调焦镜组12和CCD相机13，计算机20包括控制器21、图像处理器22和显示器23。
光学系统10，与所述计算机20相连接，用于对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像，并将所述多个偏振图像和所述原始图像发送给所述计算机20；
这里，从不同的偏振方向，即可以从0度、60度和120度分别获取对应的偏振图像。另外，在不放置偏振片的情况下，采集原始图像。
计算机20，与所述云台30相连接，用于接收所述光学系统10发送的所述多个偏振图像和所述原始图像，将所述偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角，并将所述偏振度、所述偏振角和所述原始图像进行融合，得到融合信息，将目标从所述融合信息中进行分离，并显示所述目标。
具体地，利用人工目标和自然背景在偏振特性上的差异，通过对其偏振信息图像的处理直接增加目标与背景的对比度，或通过信息融合增加强度图像的对比度，从而提高对目标的探测能力。
偏振信息不受大气消光影响，而且大气传输介质的散射辐射偏振度较低的特点，可以有效防止雾霾等不良天气对系统性能的影响。
本申请既可以应用于非制冷型远红外探测，从而降低成本；还可以用于可见光和中红外波段的探测，此时需要替换工作波段适合的光学器件；而且借助偏振片旋转轮盘能够分别使用偏振特性工作模式和普通的光强探测工作模式，在保证性能的基础上对各类场景的适应能力大大提高。
进一步的，所述光学系统10包括偏振装置11，与所述计算机20中的控制器21相连接，用于对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，得到斯托克斯矢量。
具体地，偏振装置11可以位于光学系统10的前端，也可以位于CCD相机13前或光路中的其他位置。
偏振装置11采用分时偏振片旋转起偏方式，偏振片安装在可旋转轮盘上，轮盘上有三个偏振方向不同的偏振片，同时留有一个相同尺寸的孔位不放置偏振片，用于采集无偏振图像。
偏振装置11还可以采用其他的起偏方式，如固定偏振片加旋转波片方式、分孔径同时偏振成像方式等。
对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，偏振方向可以为0度、60度和120度三个方向。具体可参照图3。偏振片规格型号均一致，为BaF2材质，工作波段为1-13μm。
进一步的，所述光学系统10还包括变调焦镜组12，与所述控制器21相连接，用于对所述入射光进行调整，并根据不同距离的目标对场景图像进行变焦和调焦。
这里，变调焦镜组12中设置有伺服电机，通过改变镜头的焦距，调整图像的清晰度，使目标清晰，以便得到准确的偏振信息。镜组的调焦范围为50mm-500mm，可以满足对0.5km-5km距离远处目标的探测需求。
进一步的，所述系统还包括CCD相机13，与所述计算机20中的图像处理器22相连接，用于对所述检偏的目标进行光学成像得到多个所述偏振图像以及获取所述原始图像。
这里，CCD相机13采用氧化钒非制冷型红外焦平面探测器，分辨率为640×480，光谱响应范围为8-14μm，常温下的噪声等效温差小于40mK。
CCD相机还可以采用中红外的制冷型焦平面成像设备，从而进一步提高探测精度；或者使用可见光相机，从而进一步降低成本。此时对应的偏振片可以选择工作波段1-6μm的中红外偏振片和工作波段550-1500nm的可见光/近红外偏振片。
进一步的，所述图像处理器22，用于将所述偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到所述偏振度和所述偏振角，并将所述偏振度、所述偏振角和所述原始图像进行融合，得到所述融合信息，并将目标从所述融合信息中进行分离。
进一步的，还包括云台30，与所述控制器21相连接，用于通过所述控制器21驱动光学系统10调整方位角和俯仰角。
这里，云台30在方位角0°～360°、俯仰角0°～90°的探测范围内对系统进行精确可控地调节。
云台30调节的水平速度为0.2°～30°/s，垂直速度为0.2°～20°/s。
进一步的，还包括显示器23，与所述图像处理器22相连接，用于显示所述目标。
进一步的，偏振装置11包括多个偏振片，每个所述偏振片以不同的偏振方向设置在可旋转轮盘上。
进一步的，偏振装置11还包括用于驱动所述可旋转轮盘旋转的旋转装置，当所述计算机20控制所述旋转装置驱动所述可旋转轮盘旋转时，使任一所述偏振片或孔位中心位于所述光学系统的光轴上。
本发明实施例提供了低空小目标的红外搜索系统，通过光学系统对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像，通过计算机将偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角，并将偏振度、偏振角和原始图像进行融合，得到融合信息，将目标从融合信息中进行分离，并显示目标，从而可以有效增强图像对比度，提高信噪比和探测精度，而且目标的偏振特性不受大气消光的影响，可以大大降低雾霾天气对系统性能的影响。
实施例二：
图4为本发明实施例二提供的红外搜索方法流程图。
参照图4，该方法包括以下步骤：
步骤S101，对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像；
步骤S102，将偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角；
步骤S103，将偏振度、偏振角和原始图像进行融合，得到融合信息；
步骤S104，将目标从融合信息中进行分离，并显示目标。
本发明实施例提供了低空小目标的红外搜索方法，通过对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像，将偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角，并将偏振度、偏振角和原始图像进行融合，得到融合信息，将目标从融合信息中进行分离，并显示目标，从而可以有效增强图像对比度，提高信噪比和探测精度，而且目标的偏振特性不受大气消光的影响，可以大大降低雾霾天气对系统性能的影响。
本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述系统包括：光学系统和计算机；
所述光学系统，与所述计算机相连接，用于对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，对检偏的目标进行光学成像得到多个偏振图像以及获取原始图像，并将所述多个偏振图像和所述原始图像发送给所述计算机；
所述计算机，与云台相连接，用于接收所述光学系统发送的所述多个偏振图像和所述原始图像，将所述偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到偏振度和偏振角，并将所述偏振度、所述偏振角和所述原始图像进行融合，得到融合信息，将目标从所述融合信息中进行分离，并显示所述目标。
2.根据权利要求1所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述光学系统包括偏振装置，与所述计算机中的控制器相连接，用于对视场内的入射光从不同的偏振方向进行检偏，得到斯托克斯矢量。
3.根据权利要求2所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述光学系统还包括变调焦镜组，与所述控制器相连接，用于对所述入射光进行调整，并根据不同距离的目标对场景图像进行变焦和调焦。
4.根据权利要求3所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述系统还包括CCD相机，与所述计算机中的图像处理器相连接，用于对所述检偏的目标进行光学成像得到多个所述偏振图像以及获取所述原始图像。
5.根据权利要求4所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述图像处理器，用于将所述偏振图像中的偏振信息进行特征提取，得到所述偏振度和所述偏振角，并将所述偏振度、所述偏振角和所述原始图像进行融合，得到所述融合信息，并将目标从所述融合信息中进行分离。
6.根据权利要求3所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，还包括云台，与所述控制器相连接，用于通过所述控制器驱动所述光学系统调整方位角和俯仰角。
7.根据权利要求5所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，还包括显示器，与所述图像处理器相连接，用于显示所述目标。
8.根据权利要求2所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述偏振装置包括多个偏振片，每个所述偏振片以不同的偏振方向设置在可旋转轮盘上。
9.根据权利要求6所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述偏振装置还包括用于驱动可旋转轮盘旋转的旋转装置，当所述计算机控制所述旋转装置驱动所述可旋转轮盘旋转时，使任一所述偏振片或孔位中心位于所述光学系统的光轴上。
10.根据权利要求1所述的低空小目标的红外搜索系统，其特征在于，所述偏振方向包括0度、60度和120度。
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