CN112578398B - 一种双焦平面探测识别系统及探测识别方法 - Google Patents

一种双焦平面探测识别系统及探测识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双焦平面探测识别系统及探测识别方法，探测识别方法包括S01、通过红外相机搜索探测并获取目标的短波红外图像；S02、高重频激光器向红外图像成像到目标的区域发射激光脉冲；S03、单光子面阵相机接收目标反射的回波并对目标进行三维成像；S04、根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息；探测识别系统包括红外相机、高重频激光器、单光子面阵相机以及处理组件；先通过红外相机探测并且进行短波红外成像，获取目标粗略位置，然后向目标发射激光脉冲，根据目标回波形成三维成像，根据三维成像信息获得目标的精准位置信息和姿态信息，即使在受地面杂波的影响、夜晚以及目标温度与环境温度接近的情况下，也能够精准的探测目标。

Description

一种双焦平面探测识别系统及探测识别方法
技术领域
本发明涉及无人机探测识别的技术领域，更具体的说，它涉及一种双焦平面探测识别系统及探测识别方法。
背景技术
随着无人机违法飞行的时间越来越多，已严重影响到民航、军机以及通用航空飞机的起降安全，特别是无人机略树梢飞行、略地飞行以及无人机反射截面很小时，传统的微波雷达因受地面杂波的影响，无法精确的探测目标，而可见光光电雷达不能够实现全天时工作；中波红外探测具有良好的效果，但是在目标的温度与环境温度接近的时候，探测效果不佳，现在亟需一种能够精准对目标进行探测识别的系统以及探测识别方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种双焦平面探测识别系统及探测识别方法，其先通过红外相机探测并且进行短波红外成像，获取目标粗略位置，然后向目标发射激光脉冲，根据目标回波形成三维成像，根据三维成像信息获得目标的精准位置信息和姿态信息，即使在受地面杂波的影响、夜晚以及目标温度与环境温度接近的情况下，也能够精准的探测目标。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种双焦平面探测识别方法，包括以下步骤：
S01、红外相机搜索探测并生成探测到的目标的短波红外图像；
S02、高重频激光器向红外图像成像到目标的区域发射激光脉冲；
S03、单光子面阵相机接收目标反射的回波并对目标进行三维成像，获得目标的三维点阵几何模型；
S04、根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息。
通过采用上述技术方案，通过红外相机进行扫描探测，在探测到目标之后，形成目标的短波红外图像，然后高重频激光器朝向短波红外图像中显示的目标的区域发射激光脉冲，激光脉冲照射到目标上之后，目标会对目标脉冲产生反射，但光子面阵相机接收目标反射的回波，单光子面阵相机根据反射的回波对目标进行三维成像；先通过红外成像获取目标的粗略位置，向粗略位置主动发射激光脉冲照射目标，利用目标对激光的反射来对目标进行三维成像，从而精准的获取目标的位置信息以及姿态信息，即使在受地面杂波的影响、夜晚以及目标温度与环境温度接近的情况下，也能够精准的探测目标。
本发明进一步设置为：还包括步骤S05、根据姿态信息进行特征匹配，识别目标类别。
通过采用上述技术方案，通过识别目标的类别，来确定目标是否会对飞机起降安全造成影响。
本发明进一步设置为：所述步骤S01与步骤S02之间，执行步骤S011、根据短波红外图像，读取目标的粗略坐标信息；
步骤S02中，红外图像成像到目标的区域通过粗略坐标信息确定。
通过采用上述技术方案，获取目标的粗略坐标信息能够确定红外图像成像到的目标所处的区域。
本发明进一步设置为：还包括步骤S06，对实时获取的位置信息和姿态信息进行分析，获取目标六自由度的速度以及加速度信息，根据航迹推算算法，获取目标的运动趋势及运动轨迹。
通过采用上述技术方案，获取目标的运动趋势和运动轨迹，能够预测目标是否会对飞机的起降安全造成影响。
本发明进一步设置为：还包括步骤S07，根据目标的运动趋势及运动轨迹信息，调整高重频激光器以及单光子面阵相机的朝向。
通过采用上述技术方案，通过运动趋势及运动轨迹信息来调整高重频激光器以及单光子面阵相机的朝向，使得高重频激光器以及单光子面阵相机能够跟随目标，实时获取目标的三维点阵几何模型，以实时获取目标的位置信息和姿态信息。
本发明进一步设置为：所述步骤S05与步骤S06之间，执行步骤S051、识别目标为多目标时，选定其中一目标执行步骤S06，目标为单一目标时，对该单一目标执行步骤S06。
本发明的另一目的在于提供一种双焦平面探测识别系统，包括红外相机，其用于搜索探测并生成探测到的目标的短波红外图像；
高重频激光器，其用于向红外相机成像到目标的区域发射激光脉冲；
单光子面阵相机，其用于接收被高重频激光器照射的目标反射的回波，并且对目标进行三维成像，形成三维点阵几何模型；
以及三维模型分析单元，其获取单光子面阵相机的三维点阵几何模型，根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息。
本发明进一步设置为：还包括方位俯仰转台，其用于控制红外相机、高重频激光器以及单光子面阵相机的指向。
本发明进一步设置为：还包括控制单元，其用于控制方位俯仰转台调节红外相机、高重频激光器以及单光子面阵相机的指向。
本发明进一步设置为：还包括红外图像分析单元，其用于获取红外相机的红外成像，根据红外成像获取目标的粗略位置信息，并将粗略位置信息传递至控制单元；
所述控制单元根据粗略位置信息控制高重频激光器以及单光子面阵相机的指向。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：本发明通过红外相机进行扫描探测，在探测到目标之后，形成目标的短波红外图像，然后高重频激光器朝向短波红外图像中显示的目标的区域发射激光脉冲，激光脉冲照射到目标上之后，目标会对目标脉冲产生反射，但光子面阵相机接收目标反射的回波，单光子面阵相机根据反射的回波对目标进行三维成像；先通过红外成像获取目标的粗略位置，向粗略位置主动发射激光脉冲照射目标，利用目标对激光的反射来对目标进行三维成像，从而精准的获取目标的位置信息以及姿态信息，即使在受地面杂波的影响、夜晚以及目标温度与环境温度接近的情况下，也能够精准的探测目标。
附图说明
图1为实施例一的方法步骤的示意图；
图2为实施例二的整体结构的示意图。
图中：1、高重频激光器；2、单光子面阵相机；3、红外相机；4、三维模型分析单元；5、红外图像分析单元；6、方位俯仰转台；7、控制模块；71、控制单元；72、处理单元；73、存储单元；8、显示终端。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
下面结合附图和较佳的实施例对本发明作进一步说明。
实施例一：一种双焦平面探测识别方法，参见附图1，包括以下步骤：
S01、红外相机3搜索探测并生成探测到的目标的短波红外图像；
S02、高重频激光器1向红外图像成像到目标的区域发射激光脉冲；
S03、单光子面阵相机2接收目标反射的回波并对目标进行三维成像，获得目标的三维点阵几何模型；
S04、根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息。
先通过红外相机3搜索并且获取目标的短波红外图像，之后通过高重频激光器1向成像到目标的区域发射激光脉冲，利用目标对自然光的反射，在激光脉冲照射到目标上的时候，目标会对激光脉冲进行反射，形成反射回波，单光子面阵相机2接收目标反射的回波，从而根据回波对目标进行三维成像以形成目标的三维点阵几何模型，然后根据获取的三维点阵几何模型，计算获取目标的位置信息以及姿态信息，从而实现对目标的精准探测。单光子面阵相机2能够实现对目标的瞬态测量成像，提高了目标搜索的效率。
具体的，本实施例步骤S04中，三维模型分析单元4获取单光子面阵相机2成像的三维点阵几何模型，并根据三维点阵几何模型计算获取目标的位置信息和姿态信息；
具体的，本实施例中，还包括步骤S05、根据姿态信息进行特征匹配，识别目标类别。
在实际飞机起降的过程当中，并不是所有被探测到的目标都会对飞机起降安全造成影响，对探测到的目标的姿态信息进行目标特征匹配，识别目标属于那种类别，从而确定目标是否会对飞机起降造成影响，从而防止错误预警的出现。
具体的，本实施例的步骤S05中，处理单元72获取三维模型分析单元4得到的姿态信息，并且从存储模块当中获取预存储的目标特征，根据姿态信息进行特征匹配，以识别目标的类别；
具体的，本实施例中，所述步骤S01与步骤S02之间，执行步骤S011、根据短波红外图像，读取目标的粗略坐标信息；步骤S02中，红外图像成像到目标的区域通过粗略坐标信息确定。由于实际飞机起降过程当中，由于地面杂波的影响、夜晚以及目标温度与环境温度接近等问题的存在，使得短波红外成像到的目标图像的精准度较差，根据获取的短波红外图像仅仅只能够得到目标的粗略坐标信息，从而根据粗略坐标信息确定成像到目标的区域，这里的区域指的是一个范围，不是精准的某一个确定的位置；之后为了确定目标的准确位置信息以及姿态信息，就需要通过高重频激光器1向确定好的区域发射脉冲激光，目标被照射并反射回波后，单光子面阵相机2接收目标反射的回波形成三维点阵几何模型，此时通过人为施加光照，利用目标对光的反射，不会受到地面杂波、夜晚以及目标温度与环境温度接近的影响，从而能够精准的获取目标的位置信息和姿态信息。
具体的，本实施例步骤S011中，红外图像分析单元5获取短波红外图像，根据短波红外图像，计算获取目标的粗略坐标信息。
具体的，本实施例中，还包括步骤S06，对实时获取的位置信息和姿态信息进行分析，获取目标六自由度的速度以及加速度信息，根据航迹推算算法，获取目标的运动趋势及运动轨迹。通过确定目标的运动趋势和运动轨迹，结合飞机起降是飞机所要经过的路径，能够判断目标是否会影响飞机的起降安全。
具体的，本实施例步骤S06中，处理单元72实时获取位置信息和姿态信息并进行分析，获取目标六自由度的速度以及加速度信息，根据航迹推算算法，获取目标的运动趋势及运动轨迹。
具体的，本实施例中，还包括步骤S07，根据目标的运动趋势及运动轨迹信息，调整高重频激光器1以及单光子面阵相机2的朝向。调整高重频激光器1以及单光子面阵相机2的朝向后能够实时获取目标的三维点阵几何模型，从而实现对目标的跟踪。
具体的，本实施例中，红外相机3、高重频激光器1以及单光子面阵相机2都通过方位俯仰转台6控制其朝向；具体的，通过控制单元71，控制方位俯仰转台6调整红外相机3、高重频激光器1以及单光子面阵相机2的朝向。
具体的，步骤S01中，控制单元71接收到探测信息后，控制方位俯仰转台6来带动红外相机3进行扫描探测；
步骤S02中，控制单元71获取红外分析单元得到的目标的粗略坐标信息，根据粗略坐标信息控制方位俯仰转台6调整高重频激光器1朝向红外图像成像到目标的区域。
步骤S03中，控制单元71获取红外分析单元得到的目标的粗略坐标信息，根据粗略坐标信息控制方位俯仰转台6调整单光子面阵相机2朝向红外图像成像到目标的区域，接收目标反射的回波并对目标进行三维成像。
步骤S07中，控制单元71获取处理单元72计算的目标的运动趋势及运动轨迹，根据目标的运动趋势及运动轨迹控制方位俯仰转台6调整高重频激光器1以及单光子面阵相机2的朝向。
具体的，本实施例中，步骤S05与步骤S06之间，执行步骤S051、识别目标为多目标时，选定其中一目标执行步骤S06，目标为单一目标时，对该单一目标执行步骤S06。如果识别出的目标为多目标，可以人工选择其中一个目标执行步骤S06。
具体的，本实施例中，还包括步骤S08、将红外图像、三维点阵几何模型、目标的运动轨迹进行显示；具体的，步骤S08中，通过显示终端8进行红外图像、三维点阵几何模型、目标的类别以及运动轨迹的显示。
实施例二：一种双焦平面探测识别系统，参见附图2，包括：
包括红外相机3，其用于搜索探测并生成探测到的目标的短波红外图像；
高重频激光器1，其用于向红外相机3成像到目标的区域发射激光脉冲；
单光子面阵相机2，其用于接收被高重频激光器1照射的目标反射的回波，并且对目标进行三维成像，形成三维点阵几何模型；
以及包括三维模型分析单元4，其获取单光子面阵相机2的三维点阵几何模型，根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息。
具体的，本实施例中，还包括方位俯仰转台6以及控制模块7，具体的，控制模块7包括控制单元71，控制单元71控制方位俯仰转台6调整红外相机3、高重频激光器1以及单光子面阵相机2的指向。
具体的，本实施例中，还包括红外图像分析单元5，其用于获取红外相机3成像的短波红外图像，根据短波红外图像，计算获取目标的粗略坐标信息；然后将粗略坐标信息发送至控制单元71。
控制单元71接收到探测信息之后，控制方位俯仰转台6来带动红外相机3进行扫描探测，红外相机3生成探测到的目标的短波红外图像，并且红外相机3将短波红外图像传递至红外图像分析单元5，红外图像分析单元5计算获取目标的粗略坐标信息后，将粗略坐标信息发送至控制单元71，控制单元71接收到红外分析单元得到的目标的粗略坐标信息，根据粗略坐标信息控制方位俯仰转台6调整高重频激光器1朝向红外图像成像到目标的区域，高重频激光器1向红外图像成像到目标的区域发射激光脉冲，目标接收到激光脉冲之后会反射回波，反射的回波被单光子面阵相机2接收，单光子面阵相机2根据接收到的反射回波形成目标的三维点阵几何模型，并且将三维点阵几何模型传递至三维模型分析单元4，三维模型分析单元4根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息。
具体的，本实施例中，控制模块7还包括处理单元72和存储单元73，存储单元73当中预存储有多种目标的目标特征；处理单元72调取存储单元73中存储的多种目标的目标特征，根据位置信息和姿态信息对目标进行特征匹配，识别目标的类别；具体的，三维模型分析单元4获取目标的位置信息和姿态信息后，将目标的位置信息和姿态信息传递至处理单元72。
具体的，本实施例中，处理单元72根据实时获取的位置信息和姿态信息并进行分析，获取目标六自由度的速度以及加速度信息，根据航迹推算算法，获取目标的运动趋势及运动轨迹。
处理单元72将目标的运动趋势和运动轨迹信息传递至控制单元71，控制单元71根据运动趋势和运动轨迹信息，控制方位俯仰转台6调整高重频激光器1以及单光子面阵相机2的朝向，使得高重频激光器1以及单光子面阵相机2始终对准目标，实时获取目标的三维点阵几何模型，实现对目标的实时跟踪。
具体的，本实施例中，控制单元71用于控制重频激光器进行脉冲激光的发射、控制单光子面阵机获取回波并生成三维点阵几何模型、控制红外相机3接收红外光并形成红外图像。
具体的，本实施例中还包括显示终端8，红外相机3将红外图像传递至存储单元73，单光子面阵相机2将三维点阵几何模型传递至存储单元73，处理单元72将目标的类别以及运动轨迹信息传递至存储模块，显示终端8读取存储模块中的红外图像、三维点阵几何模型、目标类别以及目标运动轨迹信息并进行显示；
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双焦平面探测识别方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01、红外相机(3)搜索探测并生成探测到的目标的短波红外图像；
S02、高重频激光器(1)向红外图像成像到目标的区域发射激光脉冲；
S03、单光子面阵相机(2)接收目标反射的回波并对目标进行三维成像，获得目标的三维点阵几何模型；
S04、根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息；
还包括步骤S06，对实时获取的位置信息和姿态信息进行分析，获取目标六自由度的速度以及加速度信息，根据航迹推算算法，获取目标的运动趋势及运动轨迹；
还包括步骤S07，根据目标的运动趋势及运动轨迹信息，调整高重频激光器(1)以及单光子面阵相机(2)的朝向。
2.根据权利要求1所述的一种双焦平面探测识别方法，其特征在于：还包括步骤S05、根据姿态信息进行特征匹配，识别目标类别。
3.根据权利要求1所述的一种双焦平面探测识别方法，其特征在于：所述步骤S01与步骤S02之间，执行步骤S011、根据短波红外图像，读取目标的粗略坐标信息；
步骤S02中，红外图像成像到目标的区域通过粗略坐标信息确定。
4.根据权利要求2所述的一种双焦平面探测识别方法，其特征在于：所述步骤S05与步骤S06之间，执行步骤S051、识别目标为多目标时，选定其中一目标执行步骤S06，目标为单一目标时，对该单一目标执行步骤S06。
5.一种双焦平面探测识别系统，其特征在于：包括红外相机(3)，其用于搜索探测并生成探测到的目标的短波红外图像；
高重频激光器(1)，其用于向红外相机(3)成像到目标的区域发射激光脉冲；
单光子面阵相机(2)，其用于接收被高重频激光器(1)照射的目标反射的回波，并且对目标进行三维成像，形成三维点阵几何模型；
以及三维模型分析单元(4)，其获取单光子面阵相机(2)的三维点阵几何模型，根据三维点阵几何模型获取目标的位置信息和姿态信息；
还包括处理单元(72)，处理单元(72)根据实时获取的位置信息和姿态信息并进行分析，获取目标六自由度的速度以及加速度信息，根据航迹推算算法，获取目标的运动趋势及运动轨迹。
6.根据权利要求5所述的一种双焦平面探测识别系统，其特征在于：还包括方位俯仰转台(6)，其用于控制红外相机(3)、高重频激光器(1)以及单光子面阵相机(2)的指向。
7.根据权利要求6所述的一种双焦平面探测识别系统，其特征在于：还包括控制单元(71)，其用于控制方位俯仰转台(6)调节红外相机(3)、高重频激光器(1)以及单光子面阵相机(2)的指向。
8.根据权利要求7所述的一种双焦平面探测识别系统，其特征在于：还包括红外图像分析单元(5)，其用于获取红外相机(3)的红外成像，根据红外成像获取目标的粗略坐标信息，并将粗略坐标信息传递至控制单元(71)；所述控制单元(71)根据粗略坐标信息控制高重频激光器(1)以及单光子面阵相机(2)的指向。
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