CN1632612A - 双线列准凝视移动探测方法 - Google Patents

Abstract

一种双线列准凝视移动探测方法，包括步骤：S1、提供具有两个线列探测器的光学系统；S2、使该两个线列探测器沿轨迹方向扫描，并调节光轴在地面的扫描速度与卫星飞行星下点速度相同，方向相反，光学系统相对地面凝视；S3、使该两个线列探测器平行，且使得两线列探测器在法线方向成夹角

，其中：h为卫星高度；以及S4、使该两个线列探测器沿轨迹扫描，在它们所成夹角θ等于θ₀时，探测速度大于V_目的目标。使用本发明方法，可以通过线列拼接成超长线列，可满足高分辨和大视场的探测要求；使用凝视探测技术，有利于判别目标的运动速度；以及使用二维指向技术，大大提高探测系统的灵活性。

Description

双线列准凝视移动探测方法

技术领域

本发明涉及一种对运动目标的监测方法，特别是利用线列探测器实现双线列准凝视移动探测运动目标的监测方法。

背景技术

运动目标的监测有多种方法，光学成像、微波遥感成像、合成孔径雷达成像和电子侦察等，其中利用光学成像方法主要可分为面阵探测器凝视成像和线列探测器扫描成像。面阵探测器凝视成像这种扫描方式完全没有光机扫描装置，所有扫描(南北、东西)皆由探测器本身完成，其成像机理使它具有扫描成像速度快、分辨率高的特点。但是，目前由于CCD制造工艺上的原因，大面积均匀优质面阵CCD阵列还是很难做得很大，其几何尺寸还很有限，尚不能达到航天遥感对其幅面的要求。使用面阵探测器，需要解决的技术问题很多，如需要掌握制造性能十分均匀、较大尺寸的多元探测器技术，需要增加微型制冷机的制冷量，对同时产生的许多探测器信号需要作多路传输等处理，需要设计高质量的大视场物镜系统等等。由于目前还有许多技术问题没有得到解决，故离实用阶段还有一定距离。线列探测器与面阵探测器相比其视场为一狭长状，一次积分时间内所成像为一线列，要获得一幅二维图像，需要扫描机构。当信息载荷搭载在极轨卫星上时，通过卫星的运动可以实现沿轨迹方向扫描；线列探测器技术相对面阵探测器技术成熟，通过线列拼接可获得长线列甚至超长线列，可以满足高分辨率和大视场的要求。由以上的分析可以看到面阵探测器的优点很多，是成像技术发展的方向，但由于受目前技术条件的限制，面阵探测器难以实现大视场、高分辨率目标监测。

发明内容

如上所述，如何在大视场、高分辨率条件下实现对运动目标，特别是运动点目标的监测，乃是本发明所要解决的技术问题，因此，本发明的目的是提供一种双线列准凝视移动探测方法。通过大量的理论与试验论证，结合二维指向技术的双线列准凝视移动探测技术对运动目标的监测具有一定意义。

本发明的技术方案如下：

根据本发明的一种双线列准凝视移动探测方法，其包括步骤；

S1、提供具有两个线列探器的光学系统；

S2、使该两个线列探测器沿轨迹方向扫描，并调节光轴在地面的扫描速度与卫星飞行星下点速度相同，方向相反，光学系统相对地面凝视；

S3、使该两个线列探测器平行，且使得两个线列探测器法线方向构成夹角

其中：h为卫星飞行高度；以及

S4、再使该两个线列探测器沿轨迹扫描，在它们所成夹角θ等于θ₀时，探测速度大于V_目的目标，所说的沿轨迹扫描是采用一个二维步进扫描系统，以垂直飞行方向为指向，可对任选定区域进行观测。

本发明具有以下优点：

1、利用线列探测器监测运动目标，线列探测器技术比面阵探测器技术成熟，通过线列拼接可获得长线列甚至超长线列，可满足高分辨率和大视场的要求；

2、线列准凝视成像探测技术所成图像简单，特别适用于发现和识别运动目标和运动点目标，特别是双线列的运用，有利于判断目标的运动速度；

3、二维指向技术的使用，增强了系统的灵活性，可以满足对特定区域重复观测的需要。

附图说明

图1为本发明的多线阵观测原理图；

图2为本发明的可任意选择观测区域的二维指向系统原理图；

图3是本发明的试验系统结构示意图；

图4是图3中的运动目标点示意图；

图5-1和图5-2分别是图4中的线列探测器成像图和处理结果图；

图6-1和图6-2分别是图4中的另一线列探测器成像图和处理结果图；

图7是图3中目标运动轨迹图。

具体实施方式

双线阵观测原理如图1所示，使用两个线列探测器，沿轨迹方向扫描，使光轴在地面的扫描速度与卫星飞行星下点速度相同，方向相反，则包括两个线列探测器的光学系统可以相对地面凝视。设沿轨迹方向不扫描，卫星高度为h，星下点速度为V_星，要求对速度大于V_目的目标，能够给出其速度，则二线阵的观测夹角要求不大于：

使两线列探测器平行，两线列探测器法线方向成夹角θ₀，夹角大小由式(1)决定。

如图2所示，使用二维指向扫描

二维指向与扫描系统是一个二维步进扫描系统，垂直飞行方向为指向，作用是扩大视场，同时实现对观测区域的任意选择，增强系统的灵活性。图2中有随意选取的观测区域a1、a2、a3，二维指向技术的应用，可使探测器选择任意区域进行观测。

显然，这种二维指向扫描系统可以有两种工作模式，准凝视探测成像模式和一般推扫成像模式。如果作为一般推扫成像，当选定某一观测区域后，探测器可以依靠卫星运动扫描观测区域，或者使用二维扫描机构进行扫描，双线列探测器相当于一个双推扫的成像仪，并获得两幅相似的图像，此种方式获取的图像通过图像配准后，采用空间滤波、光谱滤波、图像差分等多种技术，从而获得运动目标在两幅图像中的变化，从而有利于判明运动目标的方向和速度，这种方法作为一般单线列推扫成像的扩展，此处不予叙述。但当系统工作于准凝视成像模式下，扫描机构沿轨迹方向扫描，使得光轴在地面的扫描速度与卫星飞行星下点速度相同，方向相反，则光学系统可以相对地面凝视。

结合图1和图2给出如图3-图7试验实例，说明如下：

本试验系统在室内构建，如图3所示，由直线运动平台10，电机控制器20，CCD摄像头30，图像采集和处理40四部分组成。CCD摄像头30搭载在直线运动平台10上，由步进电机21驱动直线运动平台10作直线运动，完成模拟推扫过程；利用可见光CCD摄像头30中符合条件的两条列探测器对图像进行连续采集，CCD摄像头30输出的模拟信号被连接在计算机总线上的图像采集和处理系统40中数据采集卡数字化，并以灰度的表示形式存储在计算机的主存储器中。接下来由计算机完成图像的数字处理，具体步骤如下：

S₁’、模拟试验利用面阵CCD探测器成像，为了满足线列探测器需求，将公式(1)作了调整，相应地对夹角θ的要求在这里变为线列探测器间距的要求，若两线列探测器法线方向平行，则列探测器间距d由公式(2)确定

d：线列探测器间隔

a：像元尺寸

v_扫：相对于物平面探测器的扫描速度

v_目：目标的运动速度

n：运动目标在像面上移动的象素点

按公式(2)的要求，选择满足条件的线列探测器。

S₂’、二维指向与扫描系统选择观测区域，具体实施为：电机控制器20接受指令，驱动电机21步进到指定区域，完成指向。扫描系统作推扫，满足光轴在地面扫描速度与卫星飞行星下点速度相同，方向相反。在试验过程中，主要针对双线列展开，二维指向技术在试验中简化为一维扫描。

S₃’、运动目标与图像背景融合后按一定的速度运动，投影仪41将成像图片投影，电机21驱动直线运动平台10按一定的速度运动，使得探测器推扫的过程中两线列探测器相对于探测目标静止，分别成像。

S₁’、将各线列探测器获取图像送入图像采集和处理系统40进行处理。

S₅’、根据需要可以对某些区域重复观测，可重复步骤S3、步骤S4。

以下为试验结果：

本试验系统中，融合了运动点目标的背景原图，目标大小为1.2个像素大小，图中标注了各点目标大致的运动范围，如图4所示。

线列I所成的像和处理后的结果分别如图5-1和图5-2所示；线列II所成的像和处理后的结果分别如图6-1和图6-2所示。线列探测器对全部观测区域多次扫描成像后将图像进行综合处理，最终获得的目标运动轨迹如图7，试验未经过除噪处理，7个运动点目标(参见图4所示)的运动轨迹与设计相符合。

通过本发明，对运动点目标进行了捕捉和处理试验，试验取得了良好效果，这充分说明了本发明为监测运动目标提供了一个新的途径。

Claims (1)

1、一种双线列准凝视移动探测方法，包括步骤：

S1、提供具有两个线列探测器的光学系统；

S2、使该两个线列探测器沿轨迹方向扫描，并调节光轴在地面的扫描速度与卫星飞行星下点速度相同，方向相反，光学系统相对地面凝视；

S3、使该两个线列探测器平行，且使得在两线阵探测器法线方向成夹角

其中：h为卫星高度；

S4、再使该两个线列探测器沿轨迹扫描，在它们所成夹角θ等于θ₀时，探测速度大于V_目的目标，所说的轨迹扫描是采用一个二维步进扫描系统，以垂直飞行方向为指向，可对任选定区域进行观测。

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