[发明专利]一种消像移成像的实时自适应处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像获取技术，具体指一种高速运动小目标运动补偿消像移成像的自适应实时处理方法，它应用于对远处快速运动小目标高可靠性信息的获取。

背景技术

高速运动小目标是红外图像获取的一个重要目标，近年来也在可见光图像中得到应用。对该类目标成像具有目标尺寸较小(约不足1m)、成像距离远(数公里)、成像背景相对单一且变化较慢、目标运动速度特别快(最高可达1km/s)、目标成像所占像元不少于4×4个等特征。传统的成像方法一般空间分辨率较低，对像移模糊不敏感，基本上只需满足目标监视的要求。而为了获取该运动目标的高可靠性信息，实现对其的清晰成像，则需保证在积分时间内目标运动像移不能超出1个瞬时视场，而假定目标成像占有4×4个像元，目标尺寸0.5m，成像相对运动速度为1km/s，积分时间为5ms，则在积分时间内目标将移动了40个像素，这样采用传统的成像方法则存在严重的像移模糊问题。同时由于目标运动速度非常快，根据上述的目标运动速度，假定探测器像元数为1k×1k，则目标横向穿过视场的时间仅为125ms，为了保证系统能捕获到目标进行像移补偿成像，则系统的实时处理性要求显得尤为重要。

传统的消像移成像方式有很多，如普通DC运动模式采用的曝光控制，航测相机采用的光机方式驱动相机或探测器运动补偿、TDI方式的电子学运动补偿、北京凌云光视数字图像技术有限公司在2007年申请的专利航空全帧转移型面阵CCD相机像移补偿方法(专利申请号200710117666.5)所述的电子学像移补偿等，但目前这些像移补偿方式主要面对分辨率不是很高或目标运动特性完全已知的情况，如航测或同步弹道摄影等，它们一般只需将运动补偿方向调整为与目标像运动方向一致，并提前设定好像移运动补偿参数适时开启即可，而图像数据则直接回传，不存在在线实时图像处理，对于远处高速运动的小目标且目标轨迹和速度未知的情况尚不能很好地自适应处理和响应。目前具有实时在线自适应处理机制的成像系统主要应用于目标监视的任务，其面向的对象大多为点目标或运动速度较慢的固定目标，它们在成像平面上的运动速度并不高，基本不存在目标轻易逃离出视场或成像中像移完全模糊的情况。综上所述，对于速度未知的高速运动小目标的清晰成像目前还没有较好的在线实时自适应处理的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速运动小目标消像移成像的实时自适应处理方法，通过自适应调整像移补偿机制来消除目标高速相对运动带来的像移模糊的影响。

本发明方法是在如图3所示的高速运动小目标成像系统上来实现的。整个成像系统安装在一个具有较高精度的二维跟踪指向转台4上，该装置首先利用二维跟踪指向转台4运行分行扫描目标搜索模式，光学信号通过成像光学系统1进入大面阵焦平面探测器3实现图像获取，实时处理系统5对探测器3获取的图像进行处理找到目标并获取消像移成像运动补偿量，进而控制高精度二维消像移压电倾斜镜2进行像移补偿，同时控制二维跟踪指向转台4的指向将目标保持在成像视场中，从而实现对高速运动小目标的清晰成像。

本发明方法的流程图如图1所示，其实时处理的主要步骤包括：

A.采用相关双尺度滤波对获取的存在运动模糊的图像进行遍历实现图像滤波预处理，移除缓变的背景获得目标增强图像；

B.采用相邻像元累加的算法对可能目标像元进行记录，提取出亮度超过背景亮度一定阈值的可能目标像元，同时抑制随机噪声的影响；

C.对可能目标像元的位置进行归类，记录下候选目标的个数及每个目标的外形、大小、中心位置及亮度等信息；

D.按A、B、C步骤连续获取3帧存在可能目标的图像，采用帧间相关的办法对相对位置固定的从背景中提取的部分伪目标进行移除，并根据目标的多帧运动一致性原则挑选出需跟踪的目标；

E.针对步骤D选择出来的目标，根据成像的帧频、探测器像元尺寸、像移补偿镜的安装位置等特性，计算出跟踪成像的像移补偿量，发送给控制器进行像移补偿成像。