CN114894195A - 基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统 - Google Patents

基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114894195A
CN114894195A CN202210528421.6A CN202210528421A CN114894195A CN 114894195 A CN114894195 A CN 114894195A CN 202210528421 A CN202210528421 A CN 202210528421A CN 114894195 A CN114894195 A CN 114894195A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motion
speed
image
scanning mechanism
imaging system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210528421.6A
Other languages
English (en)
Inventor
杨丹丹
雷文平
安然
张绪国
何林
李冯帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Mengyi Industrial Co ltd
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Original Assignee
Shanghai Mengyi Industrial Co ltd
Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Mengyi Industrial Co ltd, Beijing Institute of Space Research Mechanical and Electricity filed Critical Shanghai Mengyi Industrial Co ltd
Priority to CN202210528421.6A priority Critical patent/CN114894195A/zh
Publication of CN114894195A publication Critical patent/CN114894195A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/24—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for cosmonautical navigation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/20—Analysis of motion
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10016—Video; Image sequence

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统，所述系统包括高速微扫描机构、光电/红外成像系统、数字信号处理板卡、图像处理引擎以及后接设备；其中数字信号处理板卡与上位机、高速微扫描机构、光电/红外成像系统以及图像处理引擎进行通讯互联；所述高速微扫描机构包括一个二维高速运动平台及其对应控制器，该二维高速运动平台安装于成像系统内部，其负载包括但不限于光电/红外成像系统的透镜、透镜组、反射镜、探测器，该二维高速运动平台带动负载做有规律的高速运动，使成像系统捕捉到设定运动方向的图像。本发明引入高速微扫描机构，并结合图像处理引擎的算法处理，大大提高了系统的计算效率。

Description

基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统
技术领域
本发明涉及运动方向搜索领域，具体为基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统。
背景技术
弱小运动目标检测是空间检测领域的重要研究任务之一。随着空间活动的日益活跃，空间碎片及微流星体是卫星安全运行的最大隐患。微流星体及空间碎片的高速撞击威胁着长寿命、大尺寸航天器的安全运行。空间碎片及微流星体具有目标信号弱、运动速度快的特点。近地轨道(Low earth orbit，LEO)空间目标的平均速度为7-8公里/秒，中高轨目标的平均运动速度约为4-6公里/秒。尺寸为10厘米的超高速飞行碎片可以使一颗卫星遭受毁灭性破坏，即使尺寸为1厘米的碎片也可使卫星部分甚至完全失去功用。为了避免卫星同空间碎片发生碰撞，需要对空间碎片及微流星体进行监测。
目前，被动光学系统(Passive Optical Methods)在探测和跟踪LEO中未知弱小运动物体的能力有限。通常采用长曝光方式检测弱小目标，这种方式对于快速运动的目标而言，长曝光会使目标能量分散在像面上，被物体反射的光子分布在数十至数百个图像像素上，形成条纹，从而导致不能通过图像正确识别目标。
“合成跟踪”(Synthetic Tracking，ST)方法在短曝光时间内拍摄大量图像，通过计算并将这些图像的信号相叠加，使得目标的能量聚焦在几个像素内，同时提高了信噪比。然而，合成跟踪技术所需的计算量非常巨大，需要几十个最顶级的GPU并行处理才能够达到实时处理的能力。
为了解决曝光时间内，运动目标在像面上能量分散这一问题，通常可以通过缩短曝光时间或者像移补偿方式来实现。像移补偿的实质就是通过实时改变光轴的变化，消除外界抖动、运动对成像的影响，常用的方式有移动探测器或者快速反射镜。
发明内容
本发明的目的在于提供基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法，包括步骤：
S1：上位机发送控制指令至数字信号处理板卡；
S2：数字信号处理板卡执行标准模式多运动方向像移补偿；
S3：图像处理引擎采集由光电/红外成像系统捕捉的参考图像；
S4：数字信号处理板卡执行标准模式控制高速微扫描机构运动，并触发成像系统曝光，得到一组N个方向像移补偿图像，N不限于8；
S5：图像处理引擎采集图像并计算像移补偿图像和参考图像之间的响应度；
S6：图像处理引擎判断是否获得运动目标的运动方向范围；
S7：若否，更新初始方向，使所有搜索方向偏转一个角度，重复步骤S2-S6；若是，则执行步骤S8；
S8：执行精确搜索模式；
S9：判断是否得到目标运动方向，若否，重复步骤S2-S8；若是，执行步骤S10；
S10：输出目标运动方向，并将结果发送至后接设备。
优选的，S2、S4中数字信号处理板卡执行标准模式，基于标准模式多运动方向搜索过程包括：
W：根据目标运动速度，确定高速微扫描机构的补偿半径R；
X：根据当前像移补偿方向，高速微扫描机构移动到反向最大位置处，该点为此次像移补偿的起点；
Y：光电/红外成像系统开始曝光，高速微扫描机构沿该方向以设定速度运动，直到探测器曝光结束，高速微扫描机构到达终点；
Z：更新运动方向，重复步骤X-Y；直至完成一次多运动方向搜索。
优选的，若S7中未获得目标运动方向时，更新初始方向，使所有搜索方向偏转一个角度，该角度可以是初始两个相邻搜索方向夹角的一半，以提高搜索方向的分辨率及精度。
优选的，若S7中获得了目标运动方向时，执行精确搜索模式，根据标准多运动方向像移补偿模式下响应度最高两个方向，以这两个方向为基准，开辟一个扇形精确搜索区域，搜索方向数量与标准模式一致，以此提高运动方向分辨率。
优选的，本发明还提供了上述基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索系统，该系统包括高速微扫描机构、光电/红外成像系统、数字信号处理板卡、图像处理引擎以及后接设备；其中数字信号处理板卡与上位机、高速微扫描机构、光电/红外成像系统以及图像处理引擎进行通讯互联；所述高速微扫描机构包括一个二维高速运动平台及其对应控制器，该二维高速运动平台安装于成像系统内部，其负载包括但不限于光电/红外成像系统的透镜、透镜组、反射镜、探测器，该二维高速运动平台带动负载做有规律的高速运动，使成像系统捕捉到设定运动方向的图像；所述图像处理引擎用于采集图像以及检测已采集图像各方向的响应度，从而确定弱小运动目标的运动方向，图像处理引擎将结果输出给后接设备，同时将图像搜索模式反馈给数字信号处理板卡；所述后接设备用于接收像移补偿图像以及图像处理引擎计算的目标运动方向的信息。
优选的，数字信号处理板卡用于与上位机通讯并根据上位机指令控制高速微扫描机构按多运动方向搜索模式工作，数字信号处理板卡可进行高速微扫描机构运动与光电/红外成像系统触发的同步以及根据图像处理引擎的反馈来切换搜索模式。
优选的，对应于所述二维高速运动平台的控制器用于二维高速运动平台的驱动与高精度位置控制，并在数字信号处理板卡的控制下按要求实现负载高速运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法对极弱运动目标的进行捕捉。在目标的运动速度大小已知的情况下，让探测器有规律的沿多个方向运动，当检测到运动的方向与目标运动的方向一致时，曝光时间内目标能量落在像面同一位置，在图像上表现为能量集中的光斑，此时目标在像面上具有最大的灰度值。
2、本发明引入高速微扫描机构主动控制运动目标在光电/红外成像系统上的成像位置，使得采集到的图像序列具有可控的、有规律的运动方向。结合图像处理引擎的算法处理，准确的找出了目标物体的运动方向，大大提高了系统的计算效率，避免了传统“合成跟踪”方法在图像处理上所需的大容量计算。同时，多运动方向搜索方法目标识别精度高，识别能力强，因此在静止背景的微弱目标探索项目中是一个较为可靠的技术方法。在多运动方向搜索的像移补偿下，将图像可观察星等至少提升了两级。
附图说明
图1为本发明实施例中的系统模块框图；
图2为本发明实施例中的多运动方向搜索方法流程图；
图3为本发明实施例中系统框架图；
图4为本发明实施例中标准模式多运动方向探索示意图；
图5为本发明实施例中精确模式多运动方向探索示意图；
图6为本发明实施例中图像提升收益图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如图1、3所示，本发明提供一种技术方案：基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索系统，包括高速微扫描机构、光电/红外成像系统、数字信号处理板卡、图像处理引擎以及后接设备；
在本实施例中，上位机控制数字信号处理板卡，数字信号处理板卡控制高速微扫机构带动光电/红外成像系统的负载做多个方向的微动，同时数字信号处理板卡负责控制高速微扫描机构与光电/红外成像系统触发的同步，从而捕捉具有多运动方向的图像。图像处理引擎采集光电/红外成像系统图像并计算图像各个方向的响应度，从而确定弱小运动目标的运动方向，将结果方向输出给后接设备，同时反馈给数字信号处理板卡。
在本实施例中，高速微扫描机构包含一个二维高速运动平台及其对应控制器，该平台安装于成像系统内部，其负载可以是光电/红外成像系统的透镜、透镜组、反射镜或者探测器，该平台带动负载做有规律的高速运动，使成像系统捕捉到设定方向的图像；控制器用于二维高速运动平台的驱动与高精度位置控制，在数字信号处理板卡的控制下按要求实现负载高速运动。
在本实施例中，数字信号处理板卡与上位机、高速微扫描机构、光电/红外成像系统以及图像处理引擎进行通讯。该数字信号处理板卡负责与上位机的通讯；该数字信号处理板卡根据上位机指令控制高速微扫描机构按多运动方向搜索模式工作；该数字信号处理板卡负责高速微扫描机构运动与光电/红外成像系统触发的同步；该数字信号处理板卡能够根据图像处理引擎的反馈来切换搜索模式。
在本实施例中，图像处理引擎采集图像，并且检测图像各方向的响应度，从而确定弱小运动目标的运动方向，将结果输出给后接设备；同时将图像搜索模式反馈给数字信号处理板卡。
在本实施例中，后接设备用于接收像移补偿图像以及图像处理引擎计算的目标运动方向的信息。
如图2所示，本发明提供多运动方向搜索方法，包括如下步骤：
S1：上位机发送控制指令至数字信号处理板卡；
S2：数字信号处理板卡执行标准模式多运动方向像移补偿；
S3：图像处理引擎采集由光电/红外成像系统捕捉的参考图像；
S4：数字信号处理板卡执行标准模式控制高速微扫描机构运动，并触发成像系统曝光，得到一组N个方向像移补偿图像，N不限于8；
S5：图像处理引擎采集图像并计算像移补偿图像和参考图像之间的响应度；
S6：图像处理引擎判断是否获得运动目标的运动方向范围；
S7：若否，更新初始方向，使所有搜索方向偏转一个角度，该角度可以是初始两个相邻搜索方向夹角的一半，以提高搜索方向的分辨率及精度，重复步骤S2-S6；若是，则执行步骤S8；
S8：执行精确搜索模式；
S9：判断是否得到目标运动方向，若否，重复步骤S2-S8；若是，执行步骤S10；
S10：输出目标运动方向，并将结果发送至后接设备。
如图4所示，本发明提供的标准模式多运动方向搜索过程，步骤如下(提供图示4(a)～(c)：
W：根据目标运动速度，确定高速微扫描机构的补偿半径R；
X：根据当前像移补偿方向，高速微扫描机构移动到反向最大位置处，该点为此次像移补偿的起点，如图4(a)；
Y：光电/红外成像系统开始曝光，高速微扫描机构沿该方向以设定速度运动，直到探测器曝光结束，高速微扫描机构到达终点；
Z：更新运动方向，重复步骤X-Y，见图4(b)；直到完成一次多运动方向搜索，见图4(c)。
本发明提供的精确搜索模式，根据标准多运动方向像移补偿模式下响应度最高两个方向，以这两个方向为基准，开辟一个扇形精确搜索区域，搜索方向数量与标准模式一致，以此提高运动方向分辨率，如图5所示。
在本实施例中，采用高速微扫描机构的XY25XS平台和对应的控制器DB，带动光电/红外成像系统的探测器做有规律的微动。
在本实施例中，高速微扫描平台XY25XS通过DB控制器控制，根据输入的电压信号使平台在X轴和Y轴方向产生位移。根据发送给X和Y轴方向的电压大小和频率，使平台完成8个方向上的搜索。
在本实施例中，本发明的数字信号处理板卡基于STM32微控制器，对光电/红外成像系统和高速微扫描机构进行控制。
本发明的光电/红外成像系统拍摄目标运动速度已知的场景。
STM32微控制器接收到上位机的指令，搜索指定运动速度的目标。微控制器触发探测器曝光并按标准模式控制高速微扫机构，以给定速度和方向在曝光时间内进行像移补偿，最终实现多运动方向的目标探索。
本发明的图像处理引擎采集像移补偿图像，并计算每个像移补偿图像和参考图像的响应度，确定目标运动方向。
在本实施例中，如图6所示，图6为基于本发明的图像提升收益图，本发明引入高速微扫描机构主动控制运动目标在光电/红外成像系统上的成像位置，使得采集到的图像序列具有可控的、有规律的运动方向。结合图像处理引擎的算法处理，准确的找出了目标物体的运动方向，大大提高了系统的计算效率，避免了传统“合成跟踪”方法在图像处理上所需的大容量计算。同时，多运动方向搜索方法目标识别精度高，识别能力强，因此在静止背景的微弱目标探索项目中是一个较为可靠的技术方法。在多运动方向搜索的像移补偿下，将图像可观察星等至少提升了两级。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法，其特征在于，包括步骤：
S1：上位机发送控制指令至数字信号处理板卡；
S2：数字信号处理板卡执行标准模式多运动方向像移补偿；
S3：图像处理引擎采集由光电/红外成像系统捕捉的参考图像；
S4：数字信号处理板卡执行标准模式控制高速微扫描机构运动，并触发成像系统曝光，得到一组N个方向像移补偿图像，N不限于8；
S5：图像处理引擎采集图像并计算像移补偿图像和参考图像之间的响应度；
S6：图像处理引擎判断是否获得运动目标的运动方向范围；
S7：若否，更新初始方向，使所有搜索方向偏转一个角度，重复步骤S2-S6；若是，则执行步骤S8；
S8：执行精确搜索模式；
S9：判断是否得到目标运动方向，若否，重复步骤S2-S8；若是，执行步骤S10；
S10：输出目标运动方向，并将结果发送至后接设备。
2.根据权利要求1所述的基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法，其特征在于：所述S2、S4中数字信号处理板卡执行标准模式，基于标准模式多运动方向搜索过程包括：
W：根据目标运动速度，确定高速微扫描机构的补偿半径R；
X：根据当前像移补偿方向，高速微扫描机构移动到反向最大位置处，该点为此次像移补偿的起点；
Y：光电/红外成像系统开始曝光，高速微扫描机构沿该方向以设定速度运动，直到探测器曝光结束，高速微扫描机构到达终点；
Z：更新运动方向，重复步骤X-Y；直至完成一次多运动方向搜索。
3.根据权利要求1所述的基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法，其特征在于：若S7中未获得目标运动方向时，更新初始方向，使所有搜索方向偏转一个角度，该角度可以是初始两个相邻搜索方向夹角的一半，以提高搜索方向的分辨率及精度。
4.根据权利要求1所述的基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法，其特征在于：若S7中获得了目标运动方向时，执行精确搜索模式，根据标准多运动方向像移补偿模式下响应度最高两个方向，以这两个方向为基准，开辟一个扇形精确搜索区域，搜索方向数量与标准模式一致，以此提高运动方向分辨率。
5.基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索系统，其特征在于：包括高速微扫描机构、光电/红外成像系统、数字信号处理板卡、图像处理引擎以及后接设备；其中数字信号处理板卡与上位机、高速微扫描机构、光电/红外成像系统以及图像处理引擎进行通讯互联；所述高速微扫描机构包括一个二维高速运动平台及其对应控制器，该二维高速运动平台安装于成像系统内部，其负载包括但不限于光电/红外成像系统的透镜、透镜组、反射镜、探测器，该二维高速运动平台带动负载做有规律的高速运动，使成像系统捕捉到设定方向的图像；所述图像处理引擎用于采集图像以及检测已采集图像各方向的响应度，从而确定弱小运动目标的运动方向，图像处理引擎将结果输出给后接设备，同时将图像搜索模式反馈给数字信号处理板卡；所述后接设备用于接收像移补偿图像以及图像处理引擎计算的目标运动方向的信息。
6.根据权利要求4所述的基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索系统，其特征在于：所述数字信号处理板卡用于与上位机通讯并根据上位机指令控制高速微扫描机构按多运动方向搜索模式工作，数字信号处理板卡可进行高速微扫描机构运动与光电/红外成像系统触发的同步以及根据图像处理引擎的反馈来切换搜索模式。
7.根据权利要求4所述的基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索系统，其特征在于：对应于所述二维高速运动平台的控制器用于二维高速运动平台的驱动与高精度位置控制，并在数字信号处理板卡的控制下按要求实现负载高速运动。
CN202210528421.6A 2022-05-16 2022-05-16 基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统 Pending CN114894195A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210528421.6A CN114894195A (zh) 2022-05-16 2022-05-16 基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210528421.6A CN114894195A (zh) 2022-05-16 2022-05-16 基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114894195A true CN114894195A (zh) 2022-08-12

Family

ID=82724808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210528421.6A Pending CN114894195A (zh) 2022-05-16 2022-05-16 基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114894195A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111896973B (zh) 基于主被动融合的超远距离目标三维运动轨迹预测方法
US10739460B2 (en) Time-of-flight detector with single-axis scan
US9087387B2 (en) Laser ranging, tracking and designation using 3-D focal planes
US5270780A (en) Dual detector lidar system and method
US20170357000A1 (en) Processing techniques for lidar receiver using spatial light modulators
CN108415001B (zh) 接收激光雷达的反射光斑的感光阵列、接收系统及方法
US11450103B2 (en) Vision based light detection and ranging system using dynamic vision sensor
CN110268282B (zh) 从动态位置提供接收光的动态视场
CN102075243A (zh) 激光通信链路光束的误差探测装置及控制方法
KR101314566B1 (ko) 항공기 기종판별 및 주기유도 시스템 및 방법
CN111800588A (zh) 基于三维光场技术的光学无人机监测系统
GB2300325A (en) Solid-state beam scanner for ladar systems
CN112098343A (zh) 基于etl新型自对焦一体化高光谱成像探测系统
CN114894195A (zh) 基于运动目标像移补偿的多运动方向搜索方法及系统
TW201838400A (zh) 一種移動目標位置追蹤系統
EP4134701A2 (en) Lidar module and methods thereof
KR20200060719A (ko) 능동형 탐색기 헤드 시스템
WO2021145141A1 (ja) 検査システム及び検査方法
CN114142943B (zh) 单光子测距跟瞄及少光子通信一体化接收装置及方法
CN210327775U (zh) 基于三维光场技术的光学无人机监测系统
CN114281110B (zh) 一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法
CN117629411A (zh) 支持多自由度像移补偿功能的红外探测器及航空相机
CN115980772A (zh) 一种船载分布式多光电协同探测系统及探测方法
JP2024020530A (ja) 測距装置
CN116518939A (zh) 一种支持异速像移补偿功能的多波段航空侦察相机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination