[发明专利]基于交错卷帘快门的高精度目标跟踪方法

说明书

基于交错卷帘快门的高精度目标跟踪方法，涉及遥感目标光电跟踪技术领域，解决现有采用CMOS探测器对高速运动目标成像时，存在无法对目标曝光，导致高速运动目标丢失，同时现有机械快门存在快门使用寿命短、快门机构低温环境稳定性低等问题，包括目标跟踪系统，目标跟踪系统包括光学成像镜头、分光棱镜、两个CMOS探测器、图像处理器和控制器，光学成像镜头的光线经分光棱镜后分别在两个CMOS探测器上成像；两个CMOS探测器的卷帘快门方向相反，形成交错卷帘快门；本发明避免目标像移和卷帘曝光运动之间的耦合造成的图像变形和对沿某些方向快速运动的目标无法曝光的问题，提高目标发现率。本发明叠加两幅图像可延长目标曝光弧长，提高目标跟踪精度。

技术领域

本发明涉及遥感目标光电跟踪技术领域，具体涉及一种基于交错卷帘快门的高精度目标跟踪系统及方法。

背景技术

光电经纬仪等光电跟踪设备，通过光学成像系统将感兴趣目标成像在光电探测器进行拍摄，通过获取图像中目标的曝光弧长和轨迹，可以计算目标的运动参数，如运动速度的大小和方向、姿态、高度等。

近年来，大面阵高精度CMOS(complementary metal-oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)探测器得到了飞速发展。CMOS探测器具有读出速度快、集成度高、功耗低等特点，但受限于探测器的序列读出模式，CMOS探测器多采用电子卷帘快门曝光方式。空间光学遥感平台通过对空间或地面目标曝光成像，通过对图像中目标曝光形成的弧形轨迹进行分析，可以计算目标运动速度的大小和方向，进行目标跟踪，具有广泛的应用前景。

由于卷帘快门逐行开启，且每一行开启相较前一行存在时间延迟，在对运动目标进行成像时，由于目标像移与卷帘快门开启行存在运动耦合，快门较晚打开的行曝光图像相较之前行会发生微小位移，导致整片CMOS探测器曝光图像会发生变形、抖动，降低目标跟踪精度；甚至，在对高速运动目标成像时，由于卷帘开启行与目标图像存在相对速度差和起始位置差，在部分情况下卷帘将无法在探测器面板范围内追及目标成像位置，无法对目标曝光，极大地影响目标跟踪性能。

目前的卷帘快门效应补偿技术主要通过图像处理算法，反解变形和抖动图像的原始图像，但仅限于成像清晰度的提升，无法恢复非合作目标的运动信息；对于卷帘导致的小目标和高速运动目标丢失问题，是算法层面无法解决的。使用机械快门可以一定程度上解决该问题，但在空间领域应用机械快门，存在快门使用寿命短、快门机构低温环境稳定性低等缺点，因此需要提出另一种技术路线来解决卷帘快门在高精度点目标跟踪领域的应用问题。

发明内容

本发明为解决现有采用CMOS探测器对高速运动目标成像时，存在无法对目标曝光，导致高速运动目标丢失，同时现有机械快门存在快门使用寿命短、快门机构低温环境稳定性低等问题，提供一种基于交错卷帘快门的高精度目标跟踪系统及方法。

基于交错卷帘快门的高精度目标跟踪系统，包括目标跟踪系统，所述目标跟踪系统包括光学成像镜头、分光棱镜、两个CMOS探测器、图像处理器和控制器，所述光学成像镜头的光线经分光棱镜后分别在两个CMOS探测器上成像；所述两个CMOS探测器的卷帘快门方向相反，形成交错卷帘快门；

所述控制器控制两个CMOS探测器同时对目标进行曝光，获得多重曝光图像，所述图像处理器将两个CMOS探测器获得的多重曝光图像进行去噪、滤波和叠加处理；该方法具体过程为：

设定CMOS探测器面板像元数为N_x×N_y，目标初始位置为(x₀，y₀)和卷帘快门当前位置为(x_s，y_s)；卷帘快门打开速度为v_s，目标速度正交分解为垂直卷帘方向的速度v_x和与卷帘方向相同的速度v_y，卷帘快门与目标相遇点坐标为(x_G，y_G)，则：