CN106842350B - 同平台不同分辨率传感器联合动目标检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统及其检测方法，该系统包括安装在同一个卫星平台上的具有第一分辨率的第一传感器和具有第二分辨率的第二传感器，其中第一分辨率低于第二分辨率。第二传感器垂直朝向地面成像，第一传感器沿着卫星运动方向呈前仰角成像，第一传感器和第二传感器均与中央控制器相连。该方法包括：第一传感器持续捕获地面图像并检测图像中是否存在疑似运动目标，如果存在疑似运动目标则通知中央控制器启动第二传感器；第二传感器收到启动命令并开始捕获地面图像进行运动目标确认。本发明在提高了运动目标捕获概率的同时减小了星上数据存储量。

Description

同平台不同分辨率传感器联合动目标检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及一种遥感应用技术，尤其涉及同平台上不同传感器配合进行运动目标检测的系统和方法。

背景技术

运动地物检测是遥感和图像处理领域的重要前沿技术。随着卫星遥感技术的发展，利用卫星遥感技术对高速运动的物体进行检测和速度测算也有了长足的进步，在国民经济建设各个领域发挥着越来越重要的作用。

在减灾救灾等应急反应中，运动地物检测技术也同样大有用武之地。例如利用运动地物检测可以快速发现废墟中移动的人体，为抢险救灾赢得宝贵的黄金时间；可以判定群体地物的运动和分布，在道路不通时迅速掌握受灾群众的动向；可以对路上的车辆和速度进行测算，对雨雪灾害中道路的拥堵情况进行有效判定；可以在茫茫大海中快速实现船舶地物检测，为海上搜救提供重要支撑；可以对海盗动向实现判定和预警，为海外护航提供信息保障。

卫星上的数据存储容量有限，需要在有效地利用这些有限的存储容量的基础上及时精确地检测运动目标。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种具有低分辨率的传感器持续检测目标并在检测到疑似目标时启动具有高分辨率的传感器对目标进行确认和识别的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统及其检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，提出一种同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统。该系统包括安装在同一个卫星平台上的具有第一分辨率的第一传感器和具有第二分辨率的第二传感器，其中第一分辨率低于第二分辨率。第二传感器垂直朝向地面成像，第一传感器沿着卫星运动方向呈前仰角成像。第一传感器和第二传感器均与中央控制器相连。其中，

第一传感器用于持续捕获图像并检测所捕获的图像中是否有疑似运动目标，检测到疑似运动目标时通知中央控制器；

中央控制器用于在收到第一传感器检测到疑似运动目标的消息时向第二传感器发送启动命令；以及

第二传感器用于接收中央控制器的启动命令并开始捕获图像进行运动目标确认。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，第一传感器沿着卫星运动方向呈前仰角成像的前仰角为45°。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，第一传感器和第二传感器配置成相互独立侧摆成像。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，在检测运动目标时，第一传感器检测到所捕获的图像中出现疑似运动目标时标记出运动目标的坐标位置并通知中央控制器，中央控制器启动第二传感器，第二传感器根据收到的疑似运动目标的坐标位置来确定侧摆角度从而捕获图像进行运动目标确认。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，如果疑似运动目标有多个，则第一传感器为多个疑似运动目标分配成像优先级，将各个目标的坐标位置及成像优先级通知第二传感器，第二传感器根据优先级由高到低的各个目标的坐标位置确定侧摆角度并根据成像优先级进行目标取舍。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，第二传感器是可见光传感器。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，第一传感器是红外传感器。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，红外传感器用于持续捕获地面温度图像并检测所捕获的地面温度图像中是否存在与环境温差超过预定范围的目标，如果存在则在所捕获的地面温度图像中标记疑似运动目标并通知中央控制器启动可见光传感器进行目标确认。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，与环境温差超过预定范围是与环境温差超过30K。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，红外传感器上配置有制冷机。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，第一传感器是宽幅传感器。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，第二传感器采用相机凝视方式对运动目标获取连续帧图像。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，运动目标为符合预定尺寸的目标。

另一方面，提出一种上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法。该方法包括如下步骤：

具有第一分辨率的第一传感器持续捕获地面图像并检测图像中是否存在疑似运动目标，如果存在疑似运动目标则通知中央控制器启动第二传感器；以及

具有大于第一分辨率的第二分辨率的第二传感器收到启动命令并开始捕获地面图像进行运动目标确认。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法，第一传感器的运行过程包括如下步骤：

步骤11，第一传感器捕获地面图像；

步骤12，对捕获到的地面图像进行图像处理，判断图像中是否存在疑似运动目标，如果存在则进行到步骤13，如果不存在则返回步骤11；

步骤13，标记图像中存在的疑似运动目标并计算疑似运动目标的坐标位置，向中央控制器发送发现疑似运动目标的消息和疑似运动目标的坐标位置的数据，返回步骤11。

上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法进一步包括：中央控制器根据第一传感器发来的消息和数据启动第二传感器并将第一传感器发来的消息和数据发送给第二传感器。

上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法进一步包括：第二传感器启动并根据疑似运动目标的坐标位置确定侧摆角度，捕获目标的地面图像并确认和识别运动目标，输出结果并关机。

对于上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法，如果疑似运动目标为多个，步骤13进一步包括：第一传感器为各个疑似运动目标分配成像优先级并向中央控制器发送各个疑似运动目标的成像优先级。

上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法进一步包括：第二传感器根据优先级由高到低的各个目标的坐标位置确定侧摆角度并根据成像优先级进行目标取舍。

与现有技术相比，本发明技术方案主要的优点如下：

1、本发明在提高了运动目标捕获概率的同时减小了星上数据存储量，实现了动目标及时且准确的捕获。

2、热红外异常检测分辨率低，由于星上暂存容量是一定的，因此红外传感器相对于可见光传感器开机时间长，可以综合利用红外传感器开机时间长、可见光传感器分辨率高的优势，有效提升运动目标捕获概率。本发明可以解决可见光高分辨率传感器无法长时间开机的难题，实现星上自主成像。运动目标均为高温，在红外图像中为高亮点，便于实现发现与检测，而可见光传感器空间分辨率高，便于实现识别与确认。

3、宽幅传感器分辨率低但是拍摄的地域范围大，本发明利用宽幅传感器平时持续广域搜索可疑目标，发现可疑目标之后再根据可疑目标位置利用可见光传感器缩小范围捕获目标的清晰图像进行目标确认和识别，有效提升运动目标捕获概率。

本发明的其它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可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明一个实施例所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统中具有第二分辨率的第二传感器处于关机状态的示意图；

图2是图1所示的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统中第二传感器处于开机状态的示意图；

图3是本发明一个实施例所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的电路结构示意图；

图4是本发明一个实施例所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法流程图；

图5是图4所示的流程图中步骤S1的详细流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1和图2所示，本发明一个实施例所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统包括安装在同一个卫星平台上的具有第一分辨率的第一传感器101和具有第二分辨率的第二传感器102，其中第一分辨率低于第二分辨率。第二传感器垂直朝向地面成像，第一传感器101沿着卫星运动方向呈前仰角成像，前仰角优选为45°。这里，第一传感器101可以是红外传感器101’、宽幅传感器102”或者类似的低分辨率传感器，第二传感器102可以是高分辨率的可见光传感器102’。

如图3所示，第一传感器101和第二传感器102均与中央控制器100相连。第一传感器101用于持续捕获图像并检测所捕获的图像中是否有疑似运动目标，检测到疑似运动目标时通知中央控制器100。其中，运动目标为符合预定尺寸的目标，预定尺寸是根据要检测的目标比如人体或者诸如车辆、船只等交通工具的实际尺寸在所捕获的图像上的对应尺寸来确定的尺寸范围。中央控制器100用于在收到第一传感器101检测到疑似运动目标的消息时向第二传感器102发送启动命令。第二传感器102用于接收中央控制器100的启动命令并开始捕获图像进行运动目标确认。

优选地，具有第一分辨率的第一传感器101和具有第二分辨率的第二传感器102在同一卫星平台上集成安装时配置成第一传感器101和第二传感器102相互独立侧摆成像，以确保成像的灵活性。在检测运动目标时，第一传感器101检测到所捕获的图像中出现疑似运动目标时标记出运动目标的坐标位置并通知中央控制器100，中央控制器100启动第二传感器102，第二传感器102根据收到的疑似运动目标的坐标位置来确定侧摆角度从而捕获图像进行运动目标确认。

第二传感器102采用相机凝视方式对运动目标获取连续帧图像。第二传感器102运行预定时长后关机，预定时长根据所在卫星上的数据存储容量和运动目标确认和识别过程通常需要的时间来确定。

进一步地，如果疑似运动目标有多个，则第一传感器101为多个疑似运动目标分配成像优先级，将各个目标的坐标位置及成像优先级通知第二传感器102，第二传感器102根据优先级由高到低的各个目标的坐标位置确定侧摆角度并根据成像优先级进行目标取舍。

如图4所示，上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法包括：

步骤S1，具有第一分辨率的第一传感器101持续捕获地面图像并检测图像中是否存在疑似运动目标，如果存在疑似运动目标则通知中央控制器100启动第二传感器102；

步骤S2，具有大于第一分辨率的第二分辨率的第二传感器102收到启动命令并开始捕获地面图像进行运动目标确认。

如图5所示，第一传感器101的运行过程具体如下：

步骤S11，第一传感器101捕获地面图像；

步骤S12，对捕获到的地面图像进行图像处理，判断图像中是否存在疑似运动目标，如果存在则进行到步骤S13，如果不存在则返回步骤S11；

步骤S13，标记图像中存在的疑似运动目标并计算疑似运动目标的坐标位置，向中央控制器100发送发现疑似运动目标的消息和疑似运动目标的坐标位置的数据，返回步骤S11。

如果疑似运动目标为多个，步骤S13进一步包括：第一传感器101为各个疑似运动目标分配成像优先级并向中央控制器100发送各个疑似运动目标的成像优先级。

步骤S2进一步包括：中央控制器100根据第一传感器101发来的消息和数据启动第二传感器102并将第一传感器101发来的消息和数据发送给第二传感器102。

第二传感器102的运行过程具体如下：

第二传感器102启动并根据疑似运动目标的坐标位置确定侧摆角度，捕获目标的地面图像并确认和识别运动目标，输出结果并关机。如果目标为多个，则第二传感器102根据优先级由高到低的各个目标的坐标位置确定侧摆角度并根据成像优先级进行目标取舍。

本发明的技术方案利用低分辨率的传感器持续运行来发现和检测运动目标，待检测到疑似运动目标时利用高分辨率的传感器对目标进行确认和识别，在及时准确地捕获运动目标的同时减小了星上数据存储量。

下面，通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1和图2所示，本发明实施例1所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统包括安装在同一个卫星平台上的红外传感器101’和可见光传感器102’，可见光传感器102’垂直朝向地面成像，红外传感器101’沿着卫星运动的方向呈前仰角成像，前仰角优选为45°。红外传感器101’和可见光传感器102’在同一卫星平台上集成安装时，为了确保成像的灵活性，优选将红外传感器101’与可见光传感器102’设计为分别独立侧摆成像。在检测运动目标时，红外传感器101’检测到所捕获的地面温度图像中出现热异常时标记出热异常目标的坐标位置并通知中央控制器100，中央控制器100启动可见光传感器102’，可见光传感器102’根据收到的疑似运动目标的坐标位置来确定侧摆角度从而捕获图像进行运动目标确认和识别。

如图3所示，红外传感器101’和可见光传感器102’均与中央控制器100相连，对捕获到的地面温度图像进行异常检测，判断图像中是否存在与环境温差超过预定范围的小目标，如果存在热异常的目标则在所捕获的地面温度图像中标记疑似运动目标并通知中央控制器100启动可见光传感器102’进行目标确认并发送成像坐标，可见光传感器102’接收来自中央控制器100的命令和疑似运动目标的坐标位置从而确定侧摆角度并启动，进行目标确认和识别。如果疑似运动目标有多个，红外传感器101’还为各个疑似运动目标分配成像优先级，通知可见光传感器102’开机的同时通知各个疑似运动目标的成像坐标及成像优先级，便于可见光传感器102’选择侧摆角度。其中异常检测算法优选采用优化RX异常检测方法，便于在星上实现实时异常检测。与环境温差超过预定范围优选为与环境温差超过30K。

红外传感器101’上配置有制冷机例如长寿命斯特林制冷机，确保红外相机能够长时间不间断开机。

可见光传感器102’采用相机凝视方式对运动目标获取连续帧图像。可见光传感器102’对红外传感器标记的小目标进行成像，获取高分辨率可见光图像。若目标有多个，则根据红外传感器101’通知的优先级进行取舍。

上述同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法如下：

步骤1，红外传感器101’持续捕获地面温度图像，检测地面温度图像中是否存在热异常目标，如果存在则标记出图像中的疑似运动目标并计算热异常目标的坐标位置，通知中央控制器100发现热异常目标和热异常目标的坐标位置；

步骤2，中央控制器100根据红外传感器101’发来的消息启动可见光传感器102’并将从红外传感器101’收到的消息和数据发送给可见光传感器102’；

步骤3，可见光传感器102’启动，捕获目标的可见光图像并确认和识别运动目标，输出结果并关机。

其中，红外传感器101’的运行过程具体如下：

步骤11，红外传感器101’捕获地面温度图像

步骤12，对捕获到的地面温度图像进行图像处理，判断图像中是否存在与环境温差超过预定范围的预定尺寸的目标，如果存在则进行到步骤13，如果不存在则返回步骤11。

步骤13，标记出图像中的疑似运动目标并计算疑似目标的坐标位置，向中央控制器100发送发现疑似运动目标的消息和疑似运动目标的坐标位置的数据，返回步骤11。

如果疑似运动目标为多个，步骤13进一步包括：红外传感器101’为各个疑似运动目标分配成像优先级并向中央控制器100发送各个疑似运动目标的成像优先级。步骤2进一步包括：中央控制器100将各个目标的成像优先级通知可见光传感器102’。步骤3进一步包括：可见光传感器102’根据优先级由高到低的各个目标的坐标位置确定侧摆角度并根据成像优先级进行目标取舍。

运动目标均为高温，在红外图像中为高亮点，便于实现发现与检测，而可见光传感器空间分辨率高，便于实现识别与确认。热红外异常检测分辨率低，由于星上暂存容量是一定的，因此红外传感器相对于可见光传感器开机时间长，可以综合利用红外传感器开机时间长、可见光传感器分辨率高的优势，有效提升运动目标捕获概率。

如图1和图2所示，本发明实施例2所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统包括安装在同一个卫星平台上的宽幅传感器101”和可见光传感器102’，可见光传感器102’垂直朝向地面成像，宽幅传感器101”沿着卫星运动方向呈前仰角成像，前仰角优选为45°。宽幅传感器101”和可见光传感器102’在同一卫星平台上集成安装时，为了确保成像的灵活性，优选将宽幅传感器101”与可见光传感器102’设计为分别独立侧摆成像。优选地，宽幅传感器101”也采用相机凝视方式对运动目标获取连续帧图像。

如图3所示，宽幅传感器101”和可见光传感器102’均与中央控制器100相连，当宽幅传感器101”检测到所捕获的广域地面图像中出现相对于固定背景运动的疑似运动目标时则在所捕获的广域地面图像中标记疑似运动目标并通知中央控制器100启动可见光传感器102’进行目标确认和识别。由于宽幅传感器101”与可见光传感器102’分别独立侧摆成像，宽幅传感器101”计算检测到的疑似运动目标的坐标位置并将目标的坐标位置发送至中央控制器100，中央控制器100将疑似目标的坐标位置传输给可见光传感器102’，可见光传感器102’根据疑似目标的坐标位置确定侧摆角度进行目标确认和识别。如果疑似运动目标有多个，宽幅传感器101”还为各个疑似运动目标分配成像优先级，通知可见光传感器102’开机的同时通知各个目标的成像坐标及成像优先级，便于可见光传感器102’选择侧摆角度。

实施例2所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法与实施例1中的检测方法的流程类似。

宽幅传感器分辨率低但是拍摄的地域范围大，本发明利用宽幅传感器平时持续广域搜索可疑目标，发现可疑目标之后再根据可疑目标位置利用可见光传感器缩小范围捕获目标的清晰图像进行目标确认和识别，有效提升运动目标捕获概率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，该系统包括安装在同一个卫星平台上的具有第一分辨率的第一传感器和具有第二分辨率的第二传感器，其中第一分辨率低于第二分辨率，第二传感器垂直朝向地面成像，第一传感器沿着卫星运动方向呈前仰角成像，第一传感器和第二传感器均与中央控制器相连，第一传感器和第二传感器配置成相互独立侧摆成像，其中，

第一传感器用于持续捕获图像并检测所捕获的图像中是否有疑似运动目标，检测到疑似运动目标时通知中央控制器；

中央控制器用于在收到第一传感器检测到疑似运动目标的消息时向第二传感器发送启动命令；以及

第二传感器用于接收中央控制器的启动命令并开始捕获图像进行运动目标确认；以及

如果疑似运动目标有多个，则第一传感器为多个疑似运动目标分配成像优先级，将各个目标的坐标位置及成像优先级通知第二传感器，第二传感器根据优先级由高到低的各个目标的坐标位置确定侧摆角度并根据成像优先级进行目标取舍。

2.如权利要求1所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，第一传感器沿着卫星运动方向呈前仰角成像的前仰角为45°。

3.如权利要求1或2所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，在检测运动目标时，第一传感器检测到所捕获的图像中出现疑似运动目标时标记出运动目标的坐标位置并通知中央控制器，中央控制器启动第二传感器，第二传感器根据收到的疑似运动目标的坐标位置来确定侧摆角度从而捕获图像进行运动目标确认。

4.如权利要求1所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，第二传感器是可见光传感器。

5.如权利要求4所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，第一传感器是红外传感器。

6.如权利要求5所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，红外传感器用于持续捕获地面温度图像并检测所捕获的地面温度图像中是否存在与环境温差超过预定范围的目标，如果存在则在所捕获的地面温度图像中标记疑似运动目标并通知中央控制器启动可见光传感器进行目标确认。

7.如权利要求6所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，与环境温差超过预定范围是与环境温差超过30K。

8.如权利要求5所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，红外传感器上配置有制冷机。

9.如权利要求1或4所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，第一传感器是宽幅传感器。

10.如权利要求1所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，第二传感器采用相机凝视方式对运动目标获取连续帧图像。

11.如权利要求1所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统，其特征在于，运动目标为符合预定尺寸的目标。

12.如上述任一项权利要求所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

具有第一分辨率的第一传感器持续捕获地面图像并检测图像中是否存在疑似运动目标，如果存在疑似运动目标则通知中央控制器启动第二传感器；以及

具有大于第一分辨率的第二分辨率的第二传感器收到启动命令并开始捕获地面图像进行运动目标确认；以及

如果疑似运动目标有多个，则第一传感器为多个疑似运动目标分配成像优先级，将各个目标的坐标位置及成像优先级通知第二传感器，第二传感器根据优先级由高到低的各个目标的坐标位置确定侧摆角度并根据成像优先级进行目标取舍。

13.如权利要求12所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法，其特征在于，第一传感器的运行过程包括如下步骤：

步骤11，第一传感器捕获地面图像；

步骤12，对捕获到的地面图像进行图像处理，判断图像中是否存在疑似运动目标，如果存在则进行到步骤13，如果不存在则返回步骤11；

步骤13，标记图像中存在的疑似运动目标并计算疑似运动目标的坐标位置，向中央控制器发送发现疑似运动目标的消息和疑似运动目标的坐标位置的数据，返回步骤11。

14.如权利要求13所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法，其特征在于，进一步包括：中央控制器根据第一传感器发来的消息和数据启动第二传感器并将第一传感器发来的消息和数据发送给第二传感器。

15.如权利要求14所述的同平台上不同分辨率的传感器联合动目标检测系统的检测方法，其特征在于，进一步包括：第二传感器启动并根据疑似运动目标的坐标位置确定侧摆角度，捕获目标的地面图像并确认和识别运动目标，输出结果并关机。

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