[发明专利]一种多线列时差扫描扩展采样的运动目标增强方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及一种多线列时差扫描扩展采样的运动目标增强方法。

背景技术

复杂背景下弱小运动目标探测技术的研究在民用、航天和军事中有重要应用。光学目标探测系统一般采用单一的探测器进行探测成像，由于成像距离远，目标相当于一个点源信号，在探测图像中缺乏足够的纹理信息和形状信息。同时，由于复杂背景杂波的影响，图像中的目标信噪比很低，这大大增加了弱小目标探测的难度。为提高目标探测性能，需要对探测图像进行目标增强处理，提高目标信噪比。常用的目标增强方法有基于直方图均衡的方法、基于局部统计的方法、基于滤波的方法、基于小波的方法，基于形态学的方法等，根据目标与背景的成像特性差异，将图像分为目标与背景两类，进行背景抑制，从而实现目标增强。传统的方法是立足于探测器已获取的图像，采用信号分析、图像处理方式进行目标增强，而没有利用目标的运动信息，因此目标增强效果具有一定的局限。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种多线列时差扫描扩展采样的运动目标增强技术，抑制复杂背景杂波，提高目标成像探测图像的信噪比，实现运动目标信号增强。

本发明的技术解决方案为：一种多线列时差扫描扩展采样的运动目标增强方法，步骤如下：

(1)构造多线列时差扫描探测装置，该装置包括光学系统、扫描机构和多线列探测器；所述的扫描机构包括摆镜及其驱动转轴；所述扫描机构的扫描角速度为其中两个线列探测器之间距离d，探测的目标最小运动速度v_min，光学系统焦距f，线列探测器的地面采样距离GSD；所述的多线列探测器为两线列探测器，线列探测器采用N_t个探测阵列组成，像元对应的瞬时视场为IFOV，相邻两个探测阵列平行排列，在垂直扫描方向依次错开1/N_t个像元，并设置探测阵列在扫描方向、在一个采样长度内采样S_t次；所述采样长度为像元对应的瞬时视场；所述的N_t大于等于2；所述S_t取值范围为S_t≥2；

(2)光学系统和扫描机构一起将视场内场景成像于焦平面，驱动转轴驱动摆镜旋转，线视场内的场景所成像以一定的速率扫过焦平面上前后排列的两个线列探测器，两个线列探测器对视场内同一位置场景先后成像，成像时间间隔其中ω为扫描机构的扫描角速度，d为相邻两个线列探测器之间距离，f为光学系统焦距；每个线列探测器采用扩展采样方式进行成像，即每个线列探测器中的N_t个探测阵列同时成像，得到N_t组图像数据；之后立即转入步骤(3)；于此同时，每个线列探测器按照步骤(1)中设置采样次数对应的采样间隔在扫描方向进行扫描成像，每次成像分别得到N_t组图像数据，得到数据后立即转入步骤(3)；

(3)分别将两个线列探测器的N_t组图像数据进行对齐拼接处理后形成一帧探测图像；

(4)在扫描方向上完成预设的采样次数后，将每个线列探测器对应得到的帧探测图像按照时间进行拼接得到两幅亚像元图像；

(5)采用时差扫描图像合成校正方式，对两幅亚像元图像进行非均匀性校正；

(6)对步骤(5)处理后的两幅亚像元图像进行匹配；

(7)对步骤(6)处理后的两幅图像进行差分计算，完成复杂背景消除，得到残差图像；

(8)对上述残差图像进行滤波，抑制残差图像中的随机噪声；

(9)对步骤(8)处理后的残差图像中的每个像元进行处理，即待处理像元处理后的像素值＝待处理像元的像素值*α+四邻域像元的像素值，α为增强系数。

在所述步骤(5)非均匀性校正后，以在先成像的线列探测器对应的亚像元图像为基准，将后成像的线列探测器对应的亚像元图像在扫描方向向前移动行，L_p取整数行，线列探测器阵列像元尺寸为a×a。

所述步骤(5)中的非均匀校正采用多线列时差扫描图像合成校正的方式，具体过程如下：

(5.1)将两幅亚像元图像按列进行交叉拼接，形成一幅新的拼接图像I_p1；

(5.2)对拼接图像I_p1的每一列图像进行非均匀性校正，所有列处理完成后得到列向非均匀校正后的图像I_p2；

(5.3)按照步骤(5.1)中两幅图像的列交叉拼接的顺序，从I_p2中分别提取相应的列图像，重建两幅完成列向非均匀性校正的亚像元图像；