目標跟蹤紅外凝視層析成像方法及裝置的製作方法
2023-04-25 22:24:31 1
專利名稱：目標跟蹤紅外凝視層析成像方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多目標跟蹤紅外成像方法，尤其是能用於目標跟蹤的紅外凝視成
像裝置。
背景技術：
隨著目標跟蹤精確的不斷提高，為了能遠距離發現並穩定跟蹤目標，需獲得更多的目標信息，對目標探測的空間解析度要求越來越高，以便於更遠距離跟蹤。同時要求紅外成像具有較大的視場角，以滿足目標搜索發現能力的要求。紅外成像一般採用調製盤機械掃描和凝視成像(電子掃描)實現，但是在紅外成像中空間解析度和總視場的大小是矛盾的，提高空間解析度一般都要減小視場，故很難同時實現大視場、高空間解析度的要求，不能滿足如在大範圍的複雜環境中電力和電訊系統中故障診斷的要求。紅外焦平面陣列空間解析度不足，陣列越大製造成本越高，非線性校正越複雜，且發展水平受到大規律集成電路和多元探測器發展水平的限制，很難達到大視場、高解析度的紅外成像要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種為複雜場景和幹擾情況下大視場、高空間解析度紅外成像多目標跟蹤，提供大視場、高解析度、無需複雜光機掃描的紅外凝視層析成像方法。本發明採用的技術方案是
紅外凝視層析成像方法，其特徵在於，包括有紅外鏡頭、層析傳感器、DSP圖像處理平臺，所述的DSP圖像處理平臺中設有二維層析重構算法和圖像處理系統，所述的紅外鏡頭將目標成像於層析傳感器上，經過層析傳感器調製後變成數字圖象數列送入DSP圖像處理平臺，經過所述的二維層析重構算法重構後，復原出圖象，經過圖象處理系統進行去模糊和濾波後，消除圖象中虛假信息，獲得原圖象；
具體實現方法包括如下步驟
(1)通過紅外鏡頭獲取目標的紅外圖像；
(2)所述的層析傳感器包括有層析調製器、聚焦透鏡陣列、成像透鏡、紅外焦平面陣列，層析調製器將紅外圖像的大視場分成多個高空間解析度的小塊的分視場，並對每個分視場進行層析，即把多個分視場分別轉化成低空間解析度的一維層析信號，多個分視場形成的一維層析信號經過聚焦透鏡陣列形成低解析度的二維層析陣列，通過成像透鏡將低解析度的二維層析陣列進行空間壓縮後成像於紅外焦平面陣列上並並轉化輸出成二維層析數字陣列；
(3)所述的二維層析重構算法是利用二維Radon變換理論和方法實現的，通過二維層析重構算法對所述的經過紅外鏡頭和層析傳感器輸出的隨掃描時間變化的二維層析數字陣列實現並行重構，恢復大視場、高空間解析度的圖像，在DSP圖像處理平臺採用多處理器並行計算，實現大視場、高空間解析度的快速重構；
具體重構過程如下1)重採樣信號獲得等掃描長度間隔的信號；
2)計算層析陣列信號對長度的微分；
3)計算層析陣列信號的FFT;
4)設計和信號等長的RamLak或窗口數字濾波器；
5)信號和濾波器對應相乘，並對乘積進行FFT逆變換；
6)對變換結果沿掃描線在圖像空間中用插值法後向投影，對所有掃描的角度求和；
7)將分視場的信號按上述過程並行重構； 8)通過標準方格圖消除分視場間的相互幹擾；
(4)所述的圖象處理系統是一種圖像處理單元，經過二維層析重構算法重構後的圖像用圖象處理系統中的濾波反向投影技術實現重構圖像的去模糊，完整再現目標場景；
(5)研究原圖像和重構圖像的空間頻譜，並用測定的調製傳遞函數來驗證重構圖像的對比度信息和虛假信息；根據虛假信息特徵，用高斯濾波函數作為預濾波模型實現虛假信息抑制及圖像預處理。所述的層析調製器可以採用刀邊圓錐掃描器陣列或液晶光閥圓錐掃描器組成；每個子盤獨立掃描，掃描頻率可以相同，也可以不相同。所述的聚焦透鏡陣列採用六邊形結構。和現有的方法相比，本發明提出的紅外凝視層析成像方法具有如下優點
(1)大視場、高空間解析度、低成本、無複雜光機掃描、無欠採樣引起的信號混淆；
(2)將大視場分塊成小視場調製成二維低分辨的層析陣列，並用二維層析重構算法實現圖像復原，採用分視場二維層析和二維重構，增加了視場，提高了幀頻。(3)紅外凝視層析成像方法對紅外焦平面陣列像元數和尺寸要求低，具有成本低等優點。
圖I是本發明的紅外凝視層析成像裝置的示意圖。圖2是本發明的層析傳感器的示意圖。圖3是本發明的層析調製器的示意圖。圖4是本發明的聚焦透鏡陣列的示意圖。圖5是圖(3)中的層析調製器的局部放大示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。如圖1-5所示，紅外凝視層析成像方法，包括有紅外鏡頭I、層析傳感器2、DSP圖像處理平臺，DSP圖像處理平臺中設有二維層析重構算法3和圖像處理系統4，紅外鏡頭I將目標成像於層析傳感器2上，經過層析傳感器2調製後變成數字圖象數列送入DSP圖像處理平臺，經過二維層析重構算法3重構後，復原出圖象，經過圖象處理系統4進行去模糊和濾波後，消除圖象中虛假信息，獲得原圖象；
具體實現方法包括如下步驟
(I)通過紅外鏡頭I獲取目標的紅外圖像；(2)層析傳感器2包括有層析調製器2-1、聚焦透鏡陣列2-2、成像透鏡2-3、紅外焦平面陣列2-4，層析調製器2-1將紅外圖像的大視場分成多個高空間解析度的小塊的分視場，並對每個分視場進行層析，即把多個分視場分別轉化成低空間解析度的一維層析信號，多個分視場形成的一維層析信號經過聚焦透鏡陣列2-2形成低解析度的二維層析陣列，通過成像透鏡2-3將低解析度的二維層析陣列進行空間壓縮後成像於紅外焦平面陣列2-4上並並轉化輸出成二維層析數字陣列；
如圖3所示的二維層析調製器的形式，本實施例將視場分成9個子視場，每個子視場採用圖5的刀邊圓錐掃描器對子視場進行層析調製，形成一個隨時間變化的強度值。9個子視場形成層析陣列信號，完成將大視場、高解析度目標像調製成層析陣列信號。將視場分成其他數目的層析調製器也在本在專利的保護範圍之內。(3)二維層析重構算法3是利用二維Radon變換理論和方法實現的，通過二維層析重構算法對經過紅外鏡頭I和層析傳感器2輸出的隨掃描時間變化的二維層析數字陣列實現並行重構，恢復大視場、高空間解析度的圖像，在DSP圖像處理平臺採用多處理器並行計算，實現大視場、高空間解析度的快速重構；
具體重構過程如下
1)重採樣信號獲得等掃描長度間隔的信號；
2)計算層析陣列信號對長度的微分；
3)計算層析陣列信號的FFT;
4)設計和信號等長的RamLak或窗口數字濾波器；
5)信號和濾波器對應相乘，並對乘積進行FFT逆變換；
6)對變換結果沿掃描線在圖像空間中用插值法後向投影，對所有掃描的角度求和；
7)將分視場的信號按上述過程並行重構；
8)通過標準方格圖消除分視場間的相互幹擾；
(4)圖象處理系統4是一種圖像處理單元，經過二維層析重構算法3重構後的圖像用圖象處理系統4中的濾波反向投影技術實現重構圖像的去模糊，完整再現目標場景；
(5)研究原圖像和重構圖像的空間頻譜，並用測定的調製傳遞函數來驗證重構圖像的對比度信息和虛假信息；根據虛假信息特徵，用高斯濾波函數作為預濾波模型實現虛假信息抑制及圖像預處理。層析調製器2-1可以採用刀邊圓錐掃描器或液晶光閥圓錐掃描器陣列組成；每個子盤獨立掃描，掃描頻率可以相同，也可以不相同。
聚焦透鏡陣列2-2採用六邊形結構。紅外凝視層析成像系統所需的紅外焦平面陣列2-4探測元數較少，探測元的分辨能力要求較低，無複雜光機掃描，能實現大視場、高解析度的紅外凝視成像。
權利要求
1.一種紅外凝視層析成像方法，其特徵在於，包括有紅外鏡頭、層析傳感器、DSP圖像處理平臺，所述的DSP圖像處理平臺中設有ニ維層析重構算法和圖像處理系統，所述的紅外鏡頭將目標成像於層析傳感器上，經過層析傳感器調製後變成數字圖象數列送入DSP圖像處理平臺，經過所述的ニ維層析重構算法重構後，復原出圖象，經過圖象處理系統進行去模糊和濾波後，消除圖象中虛假信息，獲得原圖象； 具體實現方法包括如下步驟 (1)通過紅外鏡頭獲取目標的紅外圖像； (2)所述的層析傳感器包括有層析調製器、聚焦透鏡陣列、成 像透鏡、紅外焦平面陣列，層析調製器將紅外圖像的大視場分成多個高空間解析度的小塊的分視場，並對每個分視場進行層祈，即把多個分視場分別轉化成低空間解析度的一維層析信號，多個分視場形成的一維層析信號經過聚焦透鏡陣列形成低解析度的ニ維層析陣列，通過成像透鏡將低解析度的ニ維層析陣列進行空間壓縮後成像於紅外焦平面陣列上並並轉化輸出成ニ維層析數字陣列； (3)所述的ニ維層析重構算法是利用ニ維Radon變換理論和方法實現的，通過ニ維層析重構算法對所述的經過紅外鏡頭和層析傳感器輸出的隨掃描時間變化的ニ維層析數字陣列實現並行重構，恢復大視場、高空間解析度的圖像，在DSP圖像處理平臺採用多處理器並行計算，實現大視場、高空間解析度的快速重構； 具體重構過程如下 O重採樣信號獲得等掃描長度間隔的信號； 2)計算層析陣列信號對長度的微分； 3)計算層析陣列信號的FFT; 4)設計和信號等長的RamLak或窗口數字濾波器； 5)信號和濾波器對應相乘，並對乘積進行FFT逆變換； 6)對變換結果沿掃描線在圖像空間中用插值法後向投影，對所有掃描的角度求和； 7)將分視場的信號按上述過程並行重構； 8)通過標準方格圖消除分視場間的相互幹擾； (4)所述的圖象處理系統是ー種圖像處理單元，經過ニ維層析重構算法重構後的圖像用圖象處理系統中的濾波反向投影技術實現重構圖像的去模糊，完整再現目標場景； (5)研究原圖像和重構圖像的空間頻譜，並用測定的調製傳遞函數來驗證重構圖像的對比度信息和虛假信息；根據虛假信息特徵，用高斯濾波函數作為預濾波模型實現虛假信息抑制及圖像預處理。
2.根據權利要求I所述的紅外凝視層析成像方法，其特徵在於，所述的層析調製器可以採用刀邊圓錐掃描器陣列或液晶光閥圓錐掃描器組成；每個子盤獨立掃描，掃描頻率可以相同，也可以不相同。
3.根據權利要求I所述的紅外凝視層析成像方法，其特徵在於，所述的聚焦透鏡陣列採用六邊形結構。
全文摘要
本發明公開了一種紅外凝視層析成像方法，將大視場、高解析度圖象調製成劃分成分視場，經過層析調製器調製成二維層析陣列，經過聚集透鏡陣列縮小後，成像於低解析度、小規模的紅外焦平面陣列上，獲得二維層析數字陣列，用二維層析重構算法實現圖象重構，經過去模糊和濾波等圖象處理去除虛假信號後，實現目標圖象重構。本發明採用刀邊圓錐掃描器陣列或液晶光閥圓錐掃描器實現層析調製。本發明將大視場分塊成小視場調製成二維低分辨的層析陣列，並用二維層析重構算法實現圖像復原，採用分視場二維層析和二維重構，增加了視場，提高了幀頻；本發明對紅外焦平面陣列像元數和尺寸要求低，具有成本低等優點。
文檔編號G01J5/20GK102735347SQ20121018533
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者李保生, 李正強, 杜亞舉, 紀峰, 黃小濆 申請人:合肥工業大學