[发明专利]一种地球静止轨道高帧频大动态范围动目标探测方法

说明书

本发明公开了一种地球静止轨道高帧频大动态范围动目标探测方法，本发明使用地球静止轨道红外探测系统对地球进行监视。首先初始化系统积分时间，使场景中亮云灰度极值在饱和值的70％～90％左右，保证监视系统的正常运行。当检测到疑似目标的像元时，判断目标局部区域是否出现灰度值过饱和现象，如果有则降低积分时间，使像元灰度值变为非饱和状态。然后进行目标识别与跟踪，并在跟踪过程中随着目标的运动自适应调整目标对应像元区域的积分时间，保证目标像元一直处于非饱和状态。最后高帧频输出以目标像元为中心的局部区域的灰度值数据。该方法可用于多目标同时探测与跟踪，并且可以保持高帧频输出与大动态范围探测的特征。

技术领域

本发明涉及一种地球静止轨道高帧频大动态范围动目标探测方法，该方法主要基于探测器积分时间自适应调节来实现多目标高帧频大动态范围的动目标探测。该方法可以用于多目标的同时高帧频大动态范围检测与跟踪。

背景技术

随着传感器技术与系统的发展与进步，高帧频与大动态范围成像在工业、交通、数码及医疗影像等应用中得到了极大重视，提高探测系统的动态范围和输出帧频已成为各企业和机构的研究热点。

目前常用的大动态范围获取方法分为基于传感器优化和工作模式优化两种方法。传感器优化包括对数响应传感器、双重斜率相应传感器和积分时间自适应传感器等方法，工作模式优化包括双图像传感器法、空间光调制法和多次曝光融合法等方法。

对数响应传感器法中的响应电压与入射光呈对数关系，该方法对于高辐亮度的目标具有较好的效能，但是输出对比度较小、信噪比较低，具有较大的探测器固定模式噪声及较小的电压输出摆幅。双重斜率响应传感器提高了系统可探测动态范围，但对硬件要求较高，成本较高，且在重置充放电时会引入较大误差。双图像传感器法、空间光调制法和多次曝光融合方法具有探测系统较为复杂、成本较高以及较大数据处理量等问题。

发明CN 108495055采用多次曝光融合方法实现高动态范围目标融合探测，多次曝光融合方法是采用不同的曝光时间对同一场景进行多次采样，然后利用目标融合算法将不同积分时间的图像融合并识别目标，以达到大动态范围信息获取的目的。该方法具有较大数据量，需要对场景多次采集数据，因此具有较低的帧频和目标识别效率。

发明内容

本发明提出一种基于探测器积分时间自适应调节的地球静止轨道视频监视系统动目标探测方法。监视系统由光学成像系统、焦平面探测器元件及其读出愤怒电路、信号采集与处理电路等部分组成。

如背景技术所述，现有的大动态范围探测方法具有结构复杂操作繁琐、成本较高且数据量较大、帧频较低等缺点。

本发明不需要复杂的物理结构，因此成本较低且物理原理简单操作简单等优点，该方法不仅可以满足大动态范围探测，而且具有高帧频的优点。并且，该探测方法还可以用于多目标的同时高帧频大动态范围检测与跟踪。

本发明的技术方案包括以下步骤：

(1)以场景中亮云灰度值作为判断依据初始化系统积分时间，当亮云灰度值极大值为像元饱和值的70％～90％时，其对应的积分时间即为初始积分时间；

(2)检测到目标像元时，自适应调整目标位置局部区域的积分时间，使像元灰度值保持为非饱和状态；

(3)定位目标，系统以高帧频采集以该目标为中心的局部图像数据；

(4)跟踪目标，预测目标运动轨迹，锁定以目标为中心的局部区域，并自适应调整积分时间。

步骤(2)中包含以下步骤：判断目标像元的局部邻域的灰度值是否存在饱和状态；若不存在，直接对该像元进行目标定位；若存在，降低该邻域的积分时间，使邻域灰度值为非饱和状态，然后再对目标定位。

步骤(3)中，为实现高帧频的数据输出，需要降低单次输出的数据量，检测到目标后，选取包含目标的局部邻域，并以自适应调整后的积分时间采集数据，高帧频采集该邻域的数据。