[发明专利]白天强天光背景暗弱目标识别装置及识别方法

权利要求书

1.一种白天强天光背景暗弱目标识别装置，其特征在于，包括望远镜主光学单元（100）、探测器单元（200）及图像处理单元（10），所述望远镜主光学单元（100）包括主镜（1）及次镜（2），所述探测器单元（200）包括分光镜（6）、可见光探测器（7）、短波红外探测器（8）及同步触发器（9），所述同步触发器（9）与所述可见光探测器（7）及所述短波红外探测器（8）均电性连接，所述可见光探测器（7）设置于光学系统的离焦位置，所述图像处理单元（10）与所述可见光探测器（7）及所述短波红外探测器（8）均电性连接；其中：

光束经所述主镜（1）反射后进入所述次镜（2），再经所述次镜（2）入射进入所述分光镜（6），可见光波段的光束经所述分光镜（6）反射至所述可见光探测器（7），短波红外波段的光束经所述分光镜（6）透射至所述短波红外探测器（8），所述同步触发器（9）控制所述可见光探测器（7）及所述短波红外探测器（8）以保证同一中间时刻曝光，并同时传输至所述图像处理单元（10），所述图像处理单元（10）利用可见光天光背景信号完成短波红外波段天光背景建模，再结合实测短波红外目标图像，得到目标提取结果;

所述图像处理单元（10）包括离线背景定标模块及在线目标探测模块，其中：

所述离线背景定标模块利用积分球产生随机亮度背景光源，在所述同步触发器（9）作用下所述可见光探测器（7）和所述短波红外探测器（8）同时曝光，再联合所述图像处理单元（10）记录所述可见光探测器（7）和所述短波红外探测器（8）的图像数据构成深度卷积神经网络模型训练集；

所述在线目标探测模块在线目标探测时，强天光背景暗弱目标图像经所述分光镜（6）分别进入所述可见光探测器（7）和所述短波红外探测器（8），再联合所述图像处理单元（10）将可见光图像输入已训练好的深度卷积神经网络模型中生成所述短波红外探测器（8）对应的天光背景图像，再将其与所述短波红外探测器（8）图像相结合从而剔除背景，实现目标图像的最终提取;

所述深度卷积神经网络模型的结构包括：特征提取层、特征映射层及背景重建层，其中：

所述特征提取层用于从输入可见光图像中提取若干特征，其公式表示为：

式中： 表示输入图像， 为该层输出的个特征映射， 表示图像卷积， 表示卷积核，此处卷积核维度为， 表示维偏置向量；

所述特征映射层用于实现可见光图像特征向量与短波红外图像特征向量间的非线性映射，其公式表示为：

式中， 表示卷积核，此处卷积核维度为，数量为,表示该层维偏置向量；

所述背景重建层用于生成最终与可见光图像存在映射关系的短波红外背景模型，其公式表示如下：

上式中表示最终输出的背景模型图像，卷积核维度为，数量为,表示该层维偏置向量。

2.如权利要求1所述的白天强天光背景暗弱目标识别装置，其特征在于，所述主镜（1）及次镜（2）形成卡塞格林结构，所述望远镜主光学单元（100）还包括设置于所述次镜（2）外围的次镜遮光阑（3）、设置于所述主镜（1）外围的主镜筒挡光环（4）及设置于所述主镜（1）中心位置的主镜遮光筒（5）。

3.如权利要求1所述的白天强天光背景暗弱目标识别装置，其特征在于，所述分光镜（6）采用400nm~900nm高反、900nm~1700nm高透分光膜系设计。

4.如权利要求1所述的白天强天光背景暗弱目标识别装置，其特征在于，所述在线目标探测模块，数学表达式如下：

式中， 表示实测目标信号的短波红外图像，表示利用可见光图像生成的短波红外天光背景图像， 为最终的目标信号图像。

5.一种如权利要求1所述的白天强天光背景暗弱目标识别装置的识别方法，其特征在于，包括下述步骤：

光束经所述主镜（1）反射后进入所述次镜（2），再经所述次镜（2）入射进入所述分光镜（6）；

可见光波段的光束经所述分光镜（6）反射至所述可见光探测器（7），短波红外波段的光束经所述分光镜（6）透射至所述短波红外探测器（8）；

所述同步触发器（9）控制所述可见光探测器（7）及所述短波红外探测器（8）以保证同一中间时刻曝光，并同时传输至所述图像处理单元（10）；

所述图像处理单元（10）利用可见光天光背景信号完成短波红外波段天光背景建模，再结合实测短波红外目标图像，得到目标提取结果。