CN116245717B - 航拍图像生成模拟sar雷达图像的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模拟图像生成技术领域，具体提供一种航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，利用无人机搭载可见光载荷，拍摄航拍图像，对航拍图像的R、G、B进行模拟处理，检测航拍图像的红色分量R中的边缘，并对边缘进行十字扩散处理；对航拍图像的绿色分量G进行像素模糊化处理；对航拍图像的蓝色分量B添加噪点；依据无人机与目标的距离计算R、G、B的权重，对R、G、B进行叠加生成模拟SAR雷达图像。本发明通过无人机搭载低成本的可见光载荷，拍摄航拍图像，并通过本发明的方法将航拍图像进行处理，实时生成模拟SAR雷达图像，供学员观看，显著降低了SAR雷达操作手的训练成本。

Description

航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法
技术领域
本发明涉及模拟图像生成技术领域，具体提供一种适用于无人机系统的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法。
背景技术
对于大多数SAR雷达操作的初学者而言，SAR雷达系统的操作过于复杂，如果直接进行实际操作，容易对SAR雷达造成损坏，此外，SAR雷达系统的实装设备成本高昂，使用实装进行训练增加了学习培训成本。因此，在初期学习过程中，应当避免学员直接进行实际操作，降低设备受损概率，需要一种能够低成本获取模拟雷达图像的方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，包括以下步骤：
S1、获取航拍图像，并测量无人机与目标的距离；
S2、对航拍图像的R、G、B进行模拟处理，包括：
检测航拍图像的红色分量R中的边缘，并对边缘进行十字扩散处理；
对航拍图像的绿色分量G进行像素模糊化处理；
对航拍图像的蓝色分量B添加噪点；
S3、依据距离计算R、G、B的权重，对R、G、B进行叠加生成模拟SAR雷达图像。
优选的，多次测量无人机与目标的距离，取平均值作为距离。
优选的，5次测量无人机与目标的距离，取平均值作为距离，测量频率为5Hz。
优选的，边缘的检测过程如下：
利用快速边缘检测算法，设定红色分量R第i行第j列的像素值为，像素值/>满足下式即判定为边缘：
；
其中，表示判断阈值。
优选的，对边缘进行十字扩散的过程如下：
针对判定为边缘的像素值，将/>至/>、/>至/>、/>至/>、至/>区域内的像素均赋值为255。
优选的，依据所需模拟SAR雷达图像的分辨率，对航拍图像的绿色分量G进行不同程度的像素模糊化处理；
设定绿色分量G第i行第j列的像素值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.2米，则不进行像素模糊化处理；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.5米，则依据下式进行像素模糊化处理：
；
模拟SAR雷达图像的分辨率为1米，则依据下式进行像素模糊化处理：
；
模拟SAR雷达图像的分辨率为3米，则依据下式进行像素模糊化处理：
。
优选的，依据所需模拟SAR雷达图像的分辨率，对蓝色分量B添加噪点：
设定蓝色分量B第i行第j列的像素值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.2米，且i与j满足对50取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.5米，且i与j满足对100取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为1米，且i与j满足对150取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为3米，且i与j满足对200取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为。
优选的，
红色分量R的权重为绿色分量G的权重为/>蓝色分量B的权重为/>计算模拟SAR雷达图像第i行第j列的像素值/>为：
。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
本发明通过无人机搭载低成本的可见光载荷，拍摄航拍图像，并通过本发明的方法将航拍图像进行处理，运算量小，运行于机载计算机上，能够实时生成模拟SAR雷达图像，供学员观看，显著降低了SAR雷达操作手的训练成本。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法的流程图；
图2是根据本发明实施例提供的原始航拍图像；
图3是根据本发明实施例提供的S2中红色分量R处理前的图像；
图4是根据本发明实施例提供的S2中红色分量R处理后的图像；
图5是根据本发明实施例提供的S2中绿色分量G处理前的图像；
图6是根据本发明实施例提供的S2中绿色分量G处理后的图像；
图7是根据本发明实施例提供的S2中蓝色分量B处理前的图像；
图8是根据本发明实施例提供的S2中蓝色分量B处理后的图像；
图9是根据本发明实施例提供的最终生成的模拟SAR雷达图像。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
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。
图1示出了根据本发明实施例提供的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法的流程。
如图1所示，本发明实施例提供的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，具体包括以下步骤：
S1、利用无人机搭载低成本的可见光载荷，对目标进行拍摄，获得如图2所示的航拍图像（经过去色），将航拍图像传入机载计算机，并通过光电测距等技术多次测量无人机与目标的距离。在本实施例中测量次数为5次，测量频率为5Hz，并计算无人机与目标的距离取平均值。
S2、通过机载计算机对航拍图像的R、G、B进行模拟处理，包括：
图3示出了根据本发明实施例提供的S2中红色分量R处理前的图像。
图4示出了根据本发明实施例提供的S2中红色分量R处理后的图像。
针对如图3所示的红色分量R图像，利用快速边缘检测算法检测航拍图像的红色分量R中的边缘，边缘检测过程为：
设定待处理图像的红色分量R第i行第j列的像素值为。若像素值/>满足下式则判定其为边缘：
；
其中，表示判断阈值，/>=5。
边缘检测完成后，对边缘进行十字扩散，用于模拟SAR雷达图像在物体边缘的十字形状反光，具体的，针对判定为边缘的像素值，将/>至/>、/>至/>、/>至、/>至/>区域内的像素均赋值为255。处理完成后即获得图4所示的图像。
图5示出了根据本发明实施例提供的S2中绿色分量G处理前的图像。
图6示出了根据本发明实施例提供的S2中绿色分量G处理后的图像。
依据所需的模拟SAR雷达图像的分辨率，针对如图5所示的绿色分量G图像，对其进行不同程度的像素模糊化处理即可获得如图6所示的图像。在本实施例具体提供了0.2米、0.5米、1米、3米四种常用的雷达图像的分辨率，用于模拟SAR雷达图像0.2m、0.5m、1m、3m分辨率，雷达图像的分辨率与光电照片不同，其是指能分辨地面几米的目标。
设定绿色分量G第i行第j列的像素值为。
若所需的模拟SAR雷达图像的分辨率为0.2米，则不进行像素模糊化处理。
若所需的模拟SAR雷达图像的分辨率为0.5米，则依据下式进行像素模糊化处理：
；
若所需的模拟SAR雷达图像的分辨率为1米，则依据下式进行像素模糊化处理：
；
模拟SAR雷达图像的分辨率为3米，则依据下式进行像素模糊化处理：
。
图7示出了根据本发明实施例提供的S2中蓝色分量B处理前的图像。
图8示出了根据本发明实施例提供的S2中蓝色分量B处理后的图像。
针对如图7所示的蓝色分量B图像，对航拍图像的蓝色分量B进行添加噪点处理，用于模拟SAR雷达图像0.2米、0.5m、1m、3m分辨率下的噪点，具体的：
设定蓝色分量B第i行第j列的像素值为；
若所需的模拟SAR雷达图像的分辨率为0.2米，且i与j满足对50取余数为0，即将i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为：
。
若所需的模拟SAR雷达图像的分辨率为0.5米，且i与j满足对100取余数为0，即将i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为：。
若所需的模拟SAR雷达图像的分辨率为1米，且i与j满足对150取余数为0，即将i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为：
。
若所需的模拟SAR雷达图像的分辨率为3米，且i与j满足对200取余数为0，即将i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为：
S3、 红色分量R的权重为绿色分量G的权重为/>蓝色分量B的权重为/>
图9示出了根据本发明实施例提供的最终生成的模拟SAR雷达图像。
对R、G、B进行叠加，生成如图9所示的模拟SAR雷达图像，模拟SAR雷达图像第i行第j列的像素值为：
。
本发明提出的方法编译在机载计算机中，计算机将航拍图像实时生成模拟SAR雷达图像，并通过无线电链路下传至地面站，供地面站上的学员观看和学习，增强了学员对于SAR雷达图像的了解和认知，显著降低了SAR雷达操作手的训练成本。
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 (6)

1.一种航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取航拍图像，并测量无人机与目标的距离；
S2、对所述航拍图像的R、G、B进行模拟处理，包括：
检测所述航拍图像的红色分量R中的边缘，并对所述边缘进行十字扩散处理；所述边缘的检测过程如下：
利用快速边缘检测算法，设定红色分量R第i行第j列的像素值为，像素值/>满足下式即判定为所述边缘：
；
其中，表示判断阈值；
对所述边缘进行十字扩散的过程如下：
针对判定为所述边缘的像素值，将/>至/>、/>至/>、/>至/>、至/>区域内的像素均赋值为255；
对所述航拍图像的绿色分量G进行像素模糊化处理；
对所述航拍图像的蓝色分量B添加噪点；
S3、依据所述距离计算R、G、B的权重，对R、G、B进行叠加生成模拟SAR雷达图像。
2.如权利要求1所述的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，其特征在于，多次测量无人机与目标的距离，取平均值作为所述距离。
3.如权利要求1或2所述的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，其特征在于，5次测量无人机与目标的距离，取平均值作为所述距离，测量频率为5Hz。
4.如权利要求3所述的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，其特征在于，依据所需模拟SAR雷达图像的分辨率，对所述航拍图像的绿色分量G进行不同程度的像素模糊化处理；
设定绿色分量G第i行第j列的像素值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.2米，则不进行像素模糊化处理；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.5米，则依据下式进行像素模糊化处理：
；
模拟SAR雷达图像的分辨率为1米，则依据下式进行像素模糊化处理：
；
模拟SAR雷达图像的分辨率为3米，则依据下式进行像素模糊化处理：
。
5.如权利要求4所述的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，其特征在于，依据所需模拟SAR雷达图像的分辨率，对蓝色分量B添加噪点：
设定蓝色分量B第i行第j列的像素值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.2米，且i与j满足对50取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为0.5米，且i与j满足对100取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为1米，且i与j满足对150取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为；
模拟SAR雷达图像的分辨率为3米，且i与j满足对200取余数为0，对i至i+10、j至j+10区域内的所有像素均赋值为。
6.如权利要求3所述的航拍图像生成模拟SAR雷达图像的方法，其特征在于，红色分量R的权重为；绿色分量G的权重为/>；蓝色分量B的权重为/>；计算模拟SAR雷达图像第i行第j列的像素值/>为：
。
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