CN115720254B

CN115720254B - 一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法和系统

Info

Publication number: CN115720254B
Application number: CN202310026103.4A
Authority: CN
Inventors: 王冠勇; 李军; 高文权; 肖汉
Original assignee: Beijing Institute of Radio Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Measurement
Priority date: 2023-01-09
Filing date: 2023-01-09
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2043-01-09
Also published as: CN115720254A

Abstract

本发明公开了一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法和系统，涉及合成孔径雷达领域。该方法包括：读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像；根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量；根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列；对所述任一图像序列中的像素进行校正；将校正后的全部图像序列进行组合获得雷达图像视频流，本发明能够实现视频合成孔径雷达高稳像精度视频流的生成，实用性强，作为视频合成孔径雷达成像中的关键步骤，适用于实时处理板卡实现。

Description

一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法和系统

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达领域，尤其涉及一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法和系统。

背景技术

视频合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）在工作过程中通过对波束指向的控制实现对固定区域的连续观测，最终形成视频流。但是受运动参数不精确的影响，图像间存在位置偏移，造成视频流图像抖动，影响视频信息的判读。

针对这个问题，目前在特征点匹配方法上有较多研究成果，该方法类似于光学图像配准，需要在图像中选取大量特征点。但对于SAR图像，目标散射特性与光学图像不同，因此图像中的特征点难以提取，尤其在特征点较少的区域会引起配准算法失效，尚缺乏复杂场景下的视频SAR稳像方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法和系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法，包括：

读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像；

根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量；

根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列；

对所述任一图像序列中的像素进行校正；

将校正后的全部图像序列进行组合获得雷达图像视频流。

本发明的有益效果是：本发明提供的视频合成孔径雷达图像稳定方法，通过基准图像和视频序列图像序贯读取；基准图像和视频序列图像预处理；估计基准图像和视频序列图像之间的位移量；构造位移量滤波器并对序列图像位移量进行动态滤波；图像序列位移量校正；生成雷达图像高稳像精度视频流，能够实现视频合成孔径雷达图像的稳定，输出稳定的视频流，实用性强，适用于各种复杂场景，作为视频合成孔径雷达成像中的关键步骤，适用于实时处理板卡实现。

进一步地，所述根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量，具体包括：

将所述预处理后的基准图像进行二维傅里叶变换，获得第一变换结果；

将所述预处理后的视频序列图像进行二维傅里叶变换，获得第二变换结果；

根据所述第一变换结果和所述第二变换结果获得相关图像；

根据所述相关图像，结合取模运算，获得任一图像序列的预设位移量；其中，预设位移量包括：纵坐标方向位移量和横坐标方向位移量。

进一步地，所述根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列，具体包括：

根据纵坐标方向位移滤波因子对所述纵坐标方向位移量进行滤波处理；

根据横坐标方向位移滤波因子对所述横坐标方向位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列；

其中，所述预设滤波因子包括纵坐标方向位移滤波因子和横坐标方向位移滤波因子。

进一步地，所述预处理，具体包括：

对所述基准图像和所述视频序列图像分别进行幅度校正；

并对幅度校正后的基准图像和幅度校正后的视频序列图像分别进行斑点噪声滤波处理，获得预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像。

进一步地，所述读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像，具体包括：

通过后向投影算法成像读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成系统，包括：读取模块、位移量计算模块、滤波模块、校正模块和组合模块；

所述读取模块用于读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像；

所述位移量计算模块用于根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量；

所述滤波模块用于根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列；

所述校正模块用于对所述任一图像序列中的像素进行校正；

所述组合模块用于将校正后的全部图像序列进行组合获得雷达图像视频流。

进一步地，所述位移量计算模块具体用于将所述预处理后的基准图像进行二维傅里叶变换，获得第一变换结果；

根据所述第一变换结果和所述第二变换结果获得相关图像；

进一步地，所述滤波模块具体用于根据纵坐标方向位移滤波因子对所述纵坐标方向位移量进行滤波处理；

进一步地，还包括：预处理模块，对所述基准图像和所述视频序列图像分别进行幅度校正；

进一步地，所述读取模块具体用于通过后向投影算法成像读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法的流程示意图；

图2为本发明的实施例提供的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成系统的结构框图；

图3为本发明的其他实施例提供的图像稳像结果图像帧的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法，包括：

S1，读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像；

需要说明的是，读取的基准图像和视频序列图像应为通过后向投影算法成像获取的结果，成像模式应为聚束模式，成像网格定义在同一个成像坐标系下，图像分辨率一致，并且成像网格间距一致。

图像格式为jpg、tiff等，各图像帧的图像格式应保持一致。

S2，根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量；

需要说明的是，基准图像和视频序列图像预处理可以包括：

对基准图像和视频序列图像进行幅度校正，并对幅度校正结果进行斑点噪声滤波处理。

在幅度校正中，假设图像分辨率为，其中为纵向像素点数，为横向像素点数。基准图像的每个像素点的幅度为，其中为纵向像素序号，为横向像素序号。对于序贯输入的每一个图像的每个像素点的幅度为，其中表示序列图像的序号。则对于每一幅序列图像，进行如下处理得到新的像素点的幅度：

基准图像和视频序列图像的斑点噪声滤波处理中滤波器采用Lee滤波器，得到去噪后的基准图像和序列图像，其中，序列图像即预处理后的视频序列图像。

在另一实施例中，计算预设位移量可以包括：

与基准图像和视频序列图像之间的位移量估计采用相关滤波方法，具体步骤如下：

对预处理后的基准图像像素点幅度进行二维傅里叶变换，得到表达式。对序列图像进行二维傅里叶变换，得到表达式。对每一个图像序列生成相关图像：

其中，表示矩阵共轭运算。对相关图像进行取模运算，并寻找最大值点的位置坐标为，其中则为第个序列图像相对于基准图像的纵坐标方向位移像素点数，则为第个序列图像相对于基准图像的横坐标方向位移像素点数。其中，第个序列图像表示预处理后的序列图像。

S3，根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列；

在某一实施例中，滤波处理可以包括：

根据纵坐标方向位移滤波因子对所述纵坐标方向位移量进行滤波处理，具体包括：滤波采用递推方式，得到滤波后的第个序列图像相对于基准图像的纵坐标方向位移像素点数通过以下方式计算：

其中，表示估计得到的第个序列图像的纵坐标方向位移像素点数，表示第个序列图像的纵坐标方向位移像素点数，表示估计得到的第个序列图像的纵坐标方向像素位移速度，表示第个序列图像的纵坐标方向像素位移速度，表示图像序列的间隔时间，均表示纵坐标方向位移量滤波器因子。

根据横坐标方向位移滤波因子对所述横坐标方向位移量进行滤波处理，具体包括：

滤波采用递推方式，得到滤波后的第个序列图像相对于基准图像的横坐标方向位移像素点数通过以下方式计算：

其中，表示估计得到的第个序列图像的横坐标方向位移像素点数，表示第个序列图像的横坐标方向位移像素点数，表示估计得到的第个序列图像的横坐标方向像素位移速度，表示第个序列图像的横坐标方向像素位移速度，表示图像序列的间隔时间，均表示横坐标方向位移量滤波器因子。

上述递推方式求解中应包含初始化，初始化为0，和初始化为0。在实际应用中，滤波器因子和为0.2，和为0.005。图像序列的间隔时间为相邻两帧图像的时间间隔，对于5Hz成像视频，图像序列的间隔时间为0.2s。

S4，对所述任一图像序列中的像素进行校正；

需要说明的是，校正过程可以包括：

对于第个序列图像，首先建立与原始图像像素相同的零矩阵，逐像素进行搜索，对于第个像素，对像素进行判断，其中原始头像为基准图像。如果满足以下条件：

，

其中，为图像纵向像素点数，为图像横向像素点数。

其中，符号“”表示“与”逻辑，则进行如下赋值：

，

S5，将校正后的全部图像序列进行组合获得雷达图像视频流。

需要说明的是，S5具体包括：按固定的时间间隔，将校正后的全部图像序列组合，按照固定视频格式生成视频流。例如：avi格式。

本发明提供的视频合成孔径雷达图像稳定方法，通过基准图像和视频序列图像序贯读取；基准图像和视频序列图像预处理；估计基准图像和视频序列图像之间的位移量；构造位移量滤波器并对序列图像位移量进行动态滤波；图像序列位移量校正；生成雷达图像高稳像精度视频流，能够实现视频合成孔径雷达图像的稳定，输出稳定的视频流，实用性强，适用于各种复杂场景，作为视频合成孔径雷达成像中的关键步骤，适用于实时处理板卡实现。

可选地，在一些实施例中，所述根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量，具体包括：

根据所述第一变换结果和所述第二变换结果获得相关图像；

可选地，在一些实施例中，所述根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列，具体包括：

可选地，在一些实施例中，所述预处理，具体包括：

对所述基准图像和所述视频序列图像分别进行幅度校正；

可选地，在一些实施例中，所述读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像，具体包括：

在另一实施例中，对视频合成孔径雷达图像稳定方法进行仿真验证，可以通过Matlab等软件进行实测数据处理，实验参数如表1所示。通过本发明提出的视频合成孔径雷达图像稳定方法进行图像校正，通过场景内的固定定标点得到的图像稳定度误差如表2所示。场景内的固定定标点在图3中圆圈内。

表1

表2

在一些实施例中，基准图像和视频序列图像序贯读取可以包括：

读取的基准图像和视频序列图像应为通过后向投影算法成像获取的结果，成像模式应为聚束模式，成像网格定义在同一个成像坐标系下，图像分辨率一致，并且成像网格间距一致。

在另一实施例中，基准图像和视频序列图像预处理，具体包括：

，

基准图像和视频序列图像的斑点噪声滤波处理中滤波器采用Lee滤波器，得到去噪后的基准图像和序列图像。

在另一实施例中，估计基准图像和视频序列图像之间的位移量，具体包括：

对预处理后的基准图像像素点幅度进行二维傅里叶变换，得到表达式。对预滤波处理后的序列图像进行二维傅里叶变换，得到表达式。对每一个图像序列生成相关图像：

，

其中，表示矩阵共轭运算。对相关图像进行取模运算，并寻找最大值点的位置坐标为，其中则为第个序列图像相对于基准图像的纵坐标方向位移像素点数，则为第个序列图像相对于基准图像的横坐标方向位移像素点数。

在某一实施例中，如图2所示，一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成系统，包括：读取模块1101、位移量计算模块1102、滤波模块1103、校正模块1104和组合模块1105；

所述读取模块1101用于读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像；

所述位移量计算模块1102用于根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量；

所述滤波模块1103用于根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列；

所述校正模块1104用于对所述任一图像序列中的像素进行校正；

所述组合模块1105用于将校正后的全部图像序列进行组合获得雷达图像视频流。

可选地，在一些实施例中，所述位移量计算模块1102具体用于将所述预处理后的基准图像进行二维傅里叶变换，获得第一变换结果；

根据所述第一变换结果和所述第二变换结果获得相关图像；

可选地，在一些实施例中，所述滤波模块1103具体用于根据纵坐标方向位移滤波因子对所述纵坐标方向位移量进行滤波处理；

可选地，在一些实施例中，还包括：预处理模块，对所述基准图像和所述视频序列图像分别进行幅度校正；

可选地，在一些实施例中，所述读取模块1101具体用于通过后向投影算法成像读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

需要说明的是，上述各实施例是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施例中各可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。

读者应理解，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。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法，其特征在于，包括：

读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像；

对所述任一图像序列中的像素进行校正；

将校正后的全部图像序列进行组合获得雷达图像视频流；

所述根据预处理后的基准图像和预处理后的视频序列图像，获得预处理后的视频序列图像任一图像序列的预设位移量，具体包括：

根据所述第一变换结果和所述第二变换结果获得相关图像；

2.根据权利要求1所述的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法，其特征在于，所述根据预设滤波因子对任一图像序列的预设位移量进行滤波处理，获得滤波后的任一图像序列，具体包括：

3.根据权利要求1或2所述的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法，其特征在于，所述预处理，具体包括：

对所述基准图像和所述视频序列图像分别进行幅度校正；

4.根据权利要求1或2所述的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成方法，其特征在于，所述读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像，具体包括：

5.一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成系统，其特征在于，包括：读取模块、位移量计算模块、滤波模块、校正模块和组合模块；

所述校正模块用于对所述任一图像序列中的像素进行校正；

所述组合模块用于将校正后的全部图像序列进行组合获得雷达图像视频流；

所述位移量计算模块具体用于将所述预处理后的基准图像进行二维傅里叶变换，获得第一变换结果；

根据所述第一变换结果和所述第二变换结果获得相关图像；

6.根据权利要求5所述的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成系统，其特征在于，所述滤波模块具体用于根据纵坐标方向位移滤波因子对所述纵坐标方向位移量进行滤波处理；

7.根据权利要求5或6所述的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成系统，其特征在于，还包括：预处理模块，对所述基准图像和所述视频序列图像分别进行幅度校正；

8.根据权利要求5或6所述的一种视频合成孔径雷达的稳定视频流生成系统，其特征在于，所述读取模块具体用于通过后向投影算法成像读取视频合成孔径雷达的基准图像和视频序列图像。