CN112614180A - 一种位移测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种位移测量方法，包括以下步骤：S1、获取包含待测定目标位移信息的图像序列，通过频谱计算图像序列中相邻图像的帧间相位差，得到帧间相位差频谱组；S2、对帧间相位差频谱组包含的所有帧间相位差频谱进行求平均值处理，得到平均相位差频谱；S3、对平均相位差频谱，取单位幅度谱，进行傅立叶变换，得到脉冲图；S4、在脉冲图中，提取脉冲峰。本发明不需要设置不同位移对待测定目标进行盲搜索，直接对图像序列中相邻图像的帧间相位差进行叠加，效率高；本发明不进行图像多帧叠加，防止图像多帧叠加时因位移量的选取产生的误差；本发明直接对多个待测定目标运动产生的相位差谱进行叠加，互不干扰，可同时得到多个待测定目标的位移。

Description

一种位移测量方法

技术领域

本发明涉及空间目标探测领域，特别涉及一种位移测量方法。

背景技术

空间目标探测技术是航天安全和空间预警的重要保障。在时域和空域上对图像进行处理和分析，从中提取空间目标是传统方法的思路。而传统探测过程一般没有目标的先验信息，需要对目标进行盲探测，对于暗目标通常采用多帧子图像叠加取均值提升信噪比的方法。现有图像叠加的方法需要将多帧图像以某个相同位移对多帧图像进行叠加，保证低信噪比目标处于多帧图像叠加的同一位置，并进行搜索，需要对不断调整位移值，尤其是视场内存在多目标时，并且不能同时对不同运动状态的多目标进行搜索。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种可以同时测量多目标位移的一种位移测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种位移测量方法，包括以下步骤：

S1、获取包含待测定目标位移信息的图像序列，通过频谱计算图像序列中相邻图像的帧间相位差，得到帧间相位差频谱组；

S2、对帧间相位差频谱组包含的所有帧间相位差频谱进行求平均值处理，得到平均相位差频谱；

S3、对平均相位差频谱，取单位幅度谱，取单位幅度谱计算的公式如式(1)：

其中，

为平均相位差频谱；对

进行傅立叶变换，得到脉冲图，脉冲图包含背景位移脉冲峰和与待测定目标数量相同的待测定目标位移脉冲峰；

S4、在脉冲图中，提取脉冲峰；幅值最高的脉冲峰为背景位移脉冲峰，其中心坐标为背景位移；其余脉冲峰为待测定目标位移脉冲峰，它们的中心坐标分别对应待测定目标的位移。

优选地，S1中的帧间相位差的计算过程如式(2)：

其中，

为第2k张图像的相位谱，

为第(2k-1)张图像的相位谱，

为所述第2k张图像与所述第(2k-1)张图像的相位差频谱，n为所述图像序列包含的图像帧数。

优选地，S2中的求平均值处理的计算过程如式(3)：

其中，

是以2π为周期的条纹状图像，a为待测定目标在X方向上的帧间位移，b为待测定目标在Y方向上的帧间位移。

优选地，S3中的傅立叶变换的计算过程如式(4)：

其中，F(x,y)为傅立叶变换得到的脉冲图，δ为狄拉克函数，A为脉冲峰的幅值，i为待测定目标的数量，w(x,y)为脉冲图中的干扰脉冲。

本发明能够取得以下技术效果：

(1)不需要设置不同位移对待测定目标进行盲搜索，直接对图像序列中相邻图像的帧间相位差进行叠加，效率高；

(2)不进行图像多帧叠加，防止图像多帧叠加时因位移量的选取产生的误差；

(3)直接对多个待测定目标运动产生的相位差谱进行叠加，互不干扰，可同时得到多个待测定目标的位移。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明实施例的帧间相位差频谱；

图3是本发明实施例的脉冲图。

其中的附图标记包括：背景位移条纹1、待测定目标位移条纹2、背景位移脉冲峰3、待测定目标位移脉冲峰4。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

如图1所示，一种位移测量方法，包括以下步骤：

S1、获取包含待测定目标位移信息的图像序列，通过频谱计算图像序列中相邻图像的帧间相位差，得到帧间相位差频谱组；

该图像序列包含背景和至少1个待测定目标的位移信息；通过对该图像序列进行处理，可得到准确的背景和待测定目标的位移信息。

S2、对帧间相位差频谱组包含的所有帧间相位差频谱进行求平均值处理，得到平均相位差频谱；

如图2所示，纵向条纹为背景位移条纹1，是背景进行横向移动产生；倾斜条纹为待测定目标位移条纹2，是待测定目标进行垂直于待测定目标位移条纹2方向移动产生；当噪声过大或目标较弱时，待测定目标位移条纹2会变得十分不清晰，甚至淹没在噪声之中；通过求平均值处理，减低帧间相位差频谱中的噪声，提高待测定目标位移条纹2的信噪比，使其能清晰显示。

S3、对平均相位差频谱，取单位幅度谱，取单位幅度谱计算的公式如式(1)：

其中，

为平均相位差频谱；对

进行傅立叶变换，得到脉冲图，如图3所示，脉冲图包含背景位移脉冲峰3和与待测定目标数量相同的待测定目标位移脉冲峰4；

根据傅立叶变换的性质，通过取单位幅度谱和傅立叶变换，可将背景和各个待测定目标的运动分量提取出来，在脉冲图中明显地体现出来。

S4、在脉冲图中，提取脉冲峰；幅值最高的脉冲峰为背景位移脉冲峰3，其中心坐标为背景位移；另一个脉冲峰为待测定目标位移脉冲峰4，其中心坐标对应待测定目标的位移。

如图3所示，最高脉冲峰为背景位移脉冲峰3，次高脉冲峰为待测定目标位移脉冲峰4；在脉冲图中，背景位移产生的背景位移脉冲峰3为最高脉冲峰，远高于其他脉冲峰，容易得到，待测定目标位移脉冲峰4低于恒星脉冲峰，但高于因噪声或不同待测定目标之间的相互作用产生的干扰脉冲，也可在脉冲图中明显找出。

应该说明的是，本实施例关于待测定目标位移脉冲峰4和待测定目标的数量，只是示意性的，2个、3个或者更多个的待测定目标通过本发明方法得到待测定目标位移脉冲峰4，均在本发明的保护范围之内。

在本发明的一个实施例中，S1中的帧间相位差的计算过程如式(2)：

其中，

为第2k张图像的相位谱，

为第(2k-1)张图像的相位谱，

为所述第2k张图像与所述第(2k-1)张图像的相位差频谱，n为所述图像序列包含的图像帧数；通过图像的相位谱来计算帧间相位差，不同于现有方法的盲搜索，得到准确的帧间相位差。

在本发明的一个实施例中，S2中的求平均值处理的计算过程如式(3)：

其中，

是以2π为周期的条纹状图像，a为待测定目标在X方向上的帧间位移，b为待测定目标在Y方向上的帧间位移；通过该方法求平均值，可显著降低噪声，降为单个帧间相位差频谱噪声的

在本发明的一个实施例中，S3中的傅立叶变换的计算过程如式(4)：

其中，F(x,y)为傅立叶变换得到的脉冲图，δ为狄拉克函数，A为脉冲峰的幅值，i为待测定目标的数量，w(x,y)为脉冲图中的干扰脉冲。；脉冲图可近似地看为多个狄拉克函数和干扰脉冲的组合，狄拉克函数对应背景和所有待测定目标，在脉冲图中的体现为对应背景和所有待测定目标的位移的坐标处存在脉冲峰，其余位置为干扰脉冲。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种位移测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取包含待测定目标位移信息的图像序列，通过频谱计算所述图像序列中相邻图像的帧间相位差，得到帧间相位差频谱组；

S2、对所述帧间相位差频谱组包含的所有帧间相位差频谱进行求平均值处理，得到平均相位差频谱；

S3、对所述平均相位差频谱，取单位幅度谱，取所述单位幅度谱计算的公式如式(1)：

其中，

为所述平均相位差频谱；对

进行傅立叶变换，得到脉冲图，所述脉冲图包含背景位移脉冲峰和与所述待测定目标数量相同的待测定目标位移脉冲峰；

S4、在所述脉冲图中，提取脉冲峰；幅值最高的脉冲峰为所述背景位移脉冲峰，其中心坐标为背景位移；其余脉冲峰为所述待测定目标位移脉冲峰，它们的中心坐标分别对应所述待测定目标的位移。

2.如权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，所述S1中的所述帧间相位差的计算过程如式(2)：

其中，

为第2k张图像的相位谱，

为第(2k-1)张图像的相位谱，

为所述第2k张图像与所述第(2k-1)张图像的相位差频谱，n为所述图像序列包含的图像帧数。

3.如权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，所述S2中的所述求平均值处理的计算过程如式(3)：

其中，

是以2π为周期的条纹状图像，a为待测定目标在X方向上的帧间位移，b为待测定目标在Y方向上的帧间位移。

4.如权利要求1所述的位移测量方法，其特征在于，所述S3中的所述傅立叶变换的计算过程如式(4)：

其中，F(x,y)为傅立叶变换得到的脉冲图，δ为狄拉克函数，A为脉冲峰的幅值，i为待测定目标的数量，w(x,y)为所述脉冲图中的干扰脉冲。

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