[发明专利]一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标探测方法

说明书

技术领域

本发明属于目标探测处理领域，涉及一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标探测方法。

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。由于成像距离远及复杂背景的影响，目标在图像中成点状，缺乏足够的纹理信息和形状信息，并且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。目前通用的光学成像探测系统一般采用单一的探测器进行探测成像，对所获取的图像，采用基于滤波的方法、基于小波的方法，基于形态学的方法等，进行单帧背景抑制，在单帧图像上进行疑似目标提取，后利用多帧关联的方式进行目标轨迹拟合，从而实现目标检测。这种探测体制往往受复杂背景的影响，无法在单帧图像上可靠的进行目标提取，同时这种探测体制在目标提取过程中并没有充分利用目标的运动信息，因此往往具有较高的虚警率，为提高探测精度需要采用复杂的目标检测算法，降低了数据处理效率。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标探测方法，实现运动目标快速探测检测，提高复杂背景环境下运动目标探测的能力。

本发明的技术解决方案为：一种基于多线列时差扫描扩展采样的点目标探测方法，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；所述的多线列探测器包含N_d个线列探测器，每个线列探测器平行排列，相邻两个线列探测器之间的距离为d_i，其中i＝1,2,…,N_d-1；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多线列探测器，扫描角速率为ω；多个线列探测器对视场内同一位置场景先后成像，任意两个线列成像时间间隔任意两个线列探测器可探测运动速度大于v_T的目标，其中其中Δd为任意两个线列探测器之间距离，f为光学系统焦距，GSD为线列探测器的地面采样距离；所述N_d取值范围为N_d≥2；

(2)每个线列探测器采用扩展采样方式进行点目标探测，即线列探测器采用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；

(3)分别将每个线列探测器所采集的N_t组图像数据进行处理，得到亚像元图像；选取两个线列探测器处理后的两幅亚像元进行非均匀性校正、亚像素匹配后进行差分计算，完成背景消除；

(4)对步骤(3)中差分得到残差图像进行阈值滤波，并采用邻域约束准则提取其中的正负点对，完成一次扫描过程中运动点目标提取；根据不同线列探测器成像时差和目标运动速度形成邻域约束准则为其中正负区域距离ΔD，探测的目标最小运动速度v_min，探测的目标最大运动速度v_max。

所述步骤(3)中的将每个线列探测器所采集的N_t组图像数据进行处理，得到亚像元图像的方式，具体过程如下：

(3.1)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(3.2)；于此同时，每个线列探测器按照步骤(2)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(3.2)；

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

(3.3)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对应的亚像元图像。

在所述步骤(3)中的两幅亚像元图像进行亚像素匹配之前，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_Δd取整数行，线列探测器阵列像元尺寸为a×a；在此基础上再采用亚像素匹配准方法进行匹配。