CN106875420B - 一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法 - Google Patents

一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法，使提取出的动目标特性更加真实，生成一张纯黑底图；在图中添加已设的目标轨迹，将目标轨迹的初始点作为当前点Mg；制备动目标模板并选定一副背景图像，距离V1的选取一点Mg+1，计算算点Mg+1处的航向角；将动目标模板放置距离点Mg+1处，并旋转至与点Mg+1处的航向角一致后保存；将保存好的动目标模板的中心点放置到背景图像中的点Mg+1位置处；对于动目标模板中的灰度值大于或等于0的像素进行相应处理，进而可获得动目标的仿真图序列。

Description

一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法
技术领域
本发明属于图像处理与航空航天技术领域，具体涉及一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法。
背景技术
遥感图像仿真是一种利用计算机模拟生成真实可见光场景图像的技术。由于被广泛的应用于国防、军事及航天航空等领域，所以受到了越来越多国内外人员的重视。随着计算机硬件的不断更新和计算机图形学的发展，利用计算机模拟生成可见光场景图像，已经成为了原始图像获得的一个重要渠道。利用计算机模拟生成的可见光场景图像，可以作为可见光成像制导等仿真系统的原始图像输入，从而可以降低这些系统的研发成本，缩短研发周期，提高研发效率。但遥感图像中包含动目标的真实序列图像很难获得，如何得到近似真实场景的带动目标的遥感序列图像，是迫切需要解决的问题。
为了能在遥感图像中检测提取出空中动目标，从而进行空中动目标跟踪或识别等一系列操作，所以我们对带目标轨迹的序列图进行仿真。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法，该方法为遥感图像动目标检测技术提供了大量近似真实的序列图像，使提取出的动目标特性更加真实。
实现本发明的具体步骤如下：
步骤一：生成一张纯黑底图；在所述纯黑底图中添加已设的目标轨迹，将目标轨迹的初始点作为当前点Mg；
步骤二：利用拍摄的真实可见光目标图像制备动目标模板，选定一副真实拍摄的背景图像，其中，除动目标本身外，动目标模板的其余部分的灰度值均为0；
步骤三：在目标轨迹中选取与当前点Mg距离V1的点，记为点Mg+1，计算点Mg+1处的航向角；其中，V1为根据相机成像帧频确定的帧间移动距离；将动目标模板放置在纯黑底图的点Mg+1处，并旋转至与点Mg+1处的航向角一致后保存；
本步骤中计算点Mg+1处的航向角的步骤为：利用最小二乘拟合，获得点Mg+1处的拟合直线，利用拟合直线的斜率，通过反三角函数获得拟合直线与水平线的夹角α，α作为航向角；
步骤四：利用降采样方法，将所选的背景图像与步骤四旋转后的动目标模板均降采样到仿真所需分辨率；将保存好的动目标模板的中心点放置到背景图像中的点Mg+1位置处；对于动目标模板中的灰度值大于0的像素，用动目标模板的灰度值替换背景图像对应像素的灰度值，对于动目标模板中的灰度值等于0的像素，背景图像对应像素的灰度值不变，从而合成一张仿真图；
步骤五：根据遥感平台的振动特性，对合成的仿真图添加随机晃动量；
步骤六：将点Mg+1的位置作为当前点Mg，重复步骤三-六直到目标轨迹遍历完，获得遥感平台的空中动目标的仿真图序列。
有益效果：
1)本发明采用背景与动目标相叠加，利用真实背景图像与真实目标，基于已设的目标轨迹，利用最小二乘估计原理，将真实目标叠加到真实背景图中，生成带动目标序列图，能够解决动目标遥感序列真实图像难以获得的难题；
2)本发明提出利用真实拍摄背景图与真实目标进行模板制备，并考虑了相机成像过程中存在随机晃动的因素，使仿真生成的序列图像更加具有真实性，为空中动目标检测跟踪技术研究提供了真实有利的研究基础。
附图说明
图1是本发明总体流程图；
图2是设定的目标运动轨迹图；
图3是高分辨率飞机目标模板；
图4是在实拍背景图中添加目标后的合成图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法，为捕获到空中动目标，我们需要相机较短时间内连续成多帧图像，来体现目标的运动特性。本发明总体流程图如图1所示。下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
步骤一：利用仿真软件生成一张长和宽分别为m*n纯黑底图；在所述纯黑底图中添加已设的目标轨迹，将目标轨迹的初始点作为当前点Mg；
生成一张灰度值全为0的纯黑图，纯黑图的大小与所要仿真的序列图大小相等。
如图2中所示，曲线为设定好的目标运动轨迹，运动轨迹灰度值设为1，箭头所指方向为目标运动方向。运动轨迹可根据实际需求自行设定，可直线可曲线，考虑飞机实际飞行情况，本发明实验中设定的飞行轨迹有轻微弧度。
步骤二：利用拍摄的真实可见光目标图像制备动目标模板，选定一副真实拍摄的背景图像，其中，除动目标本身外，动目标模板的其余部分的灰度值均为0；
从Googleearth最高分辨率场景下截取各类型飞机，将截取的飞机切片(飞机目标在切片中为垂直或水平放置，本发明中目标模板为垂直放置，如图3所示)进行模板制备，除飞机目标本身外，切片其余位置均置0，可见光目标模板制备完毕。本发明中制备的飞机模板均为能获得的最高分辨率，添加到不同分辨率背景时，需进行相应的降采样。
步骤三：目标轨迹中选取与当前点Mg距离V1的点，记为点Mg+1，计算点Mg+1处的航向角；其中，V1为根据相机成像帧频确定的帧间移动距离；将动目标模板放置在纯黑底图的点Mg+1处，并旋转至与点Mg+1处的航向角一致后保存；
本步骤中计算点Mg+1处的航向角的步骤为：利用最小二乘拟合，获得点Mg+1处的拟合直线，利用拟合直线的斜率，通过反三角函数获得拟合直线与水平线的夹角α，α作为航向角；
步骤四：利用降采样方法，将所选的背景图像与步骤四旋转后的动目标模板均降采样到仿真所需分辨率；将保存好的动目标模板的中心点放置到背景图像中的点Mg+1位置处；对于动目标模板中的灰度值大于0的像素，用动目标模板的灰度值替换背景图像对应像素的灰度值，对于动目标模板中的灰度值等于0的像素，背景图像对应像素的灰度值不变，从而合成一张仿真图；
步骤五：根据遥感平台的振动特性，对合成的仿真图添加随机晃动量；
遥感相机实际工作过程中不可能是理想情况，由于卫星震颤导致相机成像过程中图像会存在一定范围的晃动，将对目标检测及跟踪存在一定影响。为了使仿真图像更加接近真实效果，在目标模板与背景图像合成后，以图像中心点(xx，yy)为基准点，以(xx+dx，yy+dy)为中心在图中截取m*n大小的图像，该图即为综合考虑了实际因素(本发明中未添加噪声影响因素，因为背景图为实拍图，已有噪声因素)后的第一帧序列图，xx、yy、m和n均为正实数。
dx为由于卫星震颤导致的所成图像行方向的晃动量，dy为由于卫星震颤导致的列方向的晃动量，卫星震颤所导致的图像行列方向的晃动是随机的，因此，本发明中晃动量在平台稳定性范围内随机选取。
步骤六：将点Mg+1的位置作为当前点Mg，重复步骤三-六直到目标轨迹遍历完，获得遥感平台的空中动目标的仿真图序列。可以进行飞机目标的检测与跟踪等功能可行性的分析。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于遥感平台的空中动目标序列图像仿真方法，其特征在于，实现该方法的具体步骤如下：
步骤一：生成一张纯黑底图；在所述纯黑底图中添加已设的目标轨迹，将目标轨迹的初始点作为当前点Mg；
步骤二：利用拍摄的真实可见光目标图像制备动目标模板，选定一幅真实拍摄的背景图像，其中，除动目标本身外，动目标模板的其余部分的灰度值均为0；
步骤三：在目标轨迹中选取与当前点Mg距离V1的点，记为点Mg+1，计算点Mg+1处的航向角；其中，V1为根据相机成像帧频确定的帧间移动距离；将动目标模板放置在纯黑底图的点Mg+1处，并旋转至与点Mg+1处的航向角一致后保存；
本步骤中计算点Mg+1处的航向角的步骤为：利用最小二乘拟合，获得点Mg+1处的拟合直线，利用拟合直线的斜率，通过反三角函数获得拟合直线与水平线的夹角α，α作为航向角；
步骤四：利用降采样方法，将所选的背景图像与步骤三旋转后的动目标模板均降采样到仿真所需分辨率；将保存好的动目标模板的中心点放置到背景图像中的点Mg+1位置处；对于动目标模板中的灰度值大于0的像素，用动目标模板的灰度值替换背景图像对应像素的灰度值，对于动目标模板中的灰度值等于0的像素，背景图像对应像素的灰度值不变，从而合成一张仿真图；
步骤五：根据遥感平台的振动特性，对合成的仿真图添加随机晃动量；
步骤六：将点Mg+1的位置作为当前点Mg；
重复步骤三－六直到目标轨迹遍历完，获得遥感平台的空中动目标的仿真图序列。
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