[发明专利]基于DMD的光谱成像目标检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于DMD的光谱成像目标检测方法及系统，该方法通过控制DMD对未知场景所成的像进行m次低分辨率全局粗略扫描(m≥1)，确定出p个有用目标的像在DMD工作面上的大致区域(p≥1)，减小微镜扫描的带宽，再对有用区域执行n次高分辨精细扫描(n≥1)，以获取足够的有用信息，实现未知场景中所有局部有用目标的检测与识别。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，尤其涉及基于DMD的光谱成像目标检测方法及系统。

背景技术

光谱成像技术具有“图谱合一”的优势，能同时采集目标的二维空间信息与一维光谱信息，从而获得一个完整的三维数据立方体，目前在遥感遥测、军事侦察、环境监测和生物医疗等众多领域具有广泛的应用。然而，在很多实际应用场合中，有用目标在整个视野场景中所占比例并不大，绝大多数区域都为无用的背景，这就造成无用数据在整个三维数据立方体中所占比例过高，不利于有用数据的快速压缩、传输、存储与处理，尤其对卫星上遥感器件数据压缩和传输等硬件设备以及软件算法提出了巨大考验。采用降低分辨率的方式虽然会减少数据量，但会严重影响目标的检测与识别精度，尤其不利于复杂背景下微弱目标的检测与识别。

传统光谱成像系统主要分为空间扫描式、光谱扫描式与快照式三大类。对于视野场景中局部感兴趣目标的检测与识别，这三类系统都需要采集整个场景的所有三维数据立方体，然后进行数据搜索与筛选，最后才能确定有用目标的空间和光谱信息。由于三维数据立方体信息量庞大，因此数据采集、存储与处理等过程耗时严重，极大地降低了目标的检测效率，特别是当有用目标的空间尺寸很小以及光谱特性难以分辨时，就不得不对整个场景重新进行高分辨率光谱成像，这将会导致整个检测过程耗时更长，处理的数据量更大。

随着微光机电系统(Micro-opto-electro-mechanical systems,MOEMS)技术的快速发展，其成熟的商业化产品——数字微镜器件(Digital Micromirorr Device,DMD)已经广泛应用于投影设备和光通信等多个领域，近些年在光谱成像领域也得到了很好的应用。DMD只有火柴盒般大小，其工作面由数十万至数百万个尺寸为微米级别的微镜构成，微镜的镜面反射率超过90％，每个微镜的偏转状态都可通过编程控制，它的引入有望为光谱成像系统在未知视野场景中快速得到有用目标信息提供新的解决方案。

在现有基于DMD的扫描式光谱成像方法中，DMD作为单、双向扫描器代替了传统的机械狭缝扫描机制，例如专利号为CN105527021A、CN110132412A等专利中描述的方法那样，但这类方法的原理与传统空间扫描式类似，必须对视野场景进行完整的空间扫描以获取其三维数据立方体，再通过数据处理与分析，从中筛选出部分有用目标的信息。在有用目标空间尺寸和光谱特性未知的情况下，很难选取合适的空间分辨率和光谱分辨率进行光谱成像。分辨率设置太低，存在检测不到有用目标的可能性；分辨率设置太高，造成无用数据量冗余情况更加严重，数据存储与处理等过程缓慢。因此，这类方法对局部目标的检测存在盲目性和不确定性；同时，有用目标与无用背景的分辨率始终相同，对局部有用目标的检测不具有特异性与针对性。因此，难以实现未知视野场景下局部有用目标的快速定位与精准检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供基于DMD的光谱成像目标检测方法，该方法通过对视野场景进行全局粗略扫描以及对有用区域进行局部精细扫描，来分别获取视野场景的低分辨率三维数据立方体和有用目标的高分辨率三维数据立方体，该方法灵活，并具有针对性，可以去除冗余的数据量，实现未知场景中有用目标的快速定位和精准检测，克服现有基于DMD的扫描式光谱成像方法存在的检测盲目性、无用数据量大、扫描区域单一等缺陷，有利于提高局部目标检测与识别的效率。

本发明所采用的技术方案是，基于DMD的光谱成像目标检测方法，该方法包括下列步骤：

(1)、对未知场景进行成像，即未知场景通过成像子系统成像在DMD工作面上；