本發(fā)明涉及一種空間對地觀測應用領(lǐng)域，尤其涉及一種運動目標探測方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

運動目標探測是遙感和圖像處理領(lǐng)域的重要前沿技術(shù)。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對高速運動的物體進行探測也有了長足的進步，在國民經(jīng)濟建設各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。

在減災救災等應急反應中，運動目標探測技術(shù)也同樣大有用武之地。例如利用運動目標探測可以快速發(fā)現(xiàn)廢墟中移動的人體，為搶險救災贏得寶貴的黃金時間；可以判定群體目標的運動和分布，在道路不通時迅速掌握受災群眾的動向；可以對路上的車輛和速度進行測算，對雨雪災害中道路的擁堵情況進行有效判定；可以在茫茫大海中快速實現(xiàn)船舶目標探測，為海上搜救提供重要支撐；可以對海盜動向?qū)崿F(xiàn)判定和預警，為海外護航提供信息保障。

運動目標速度探測主要依靠SAR/GMTI圖像，但該技術(shù)復雜，實現(xiàn)難度大，我國的技術(shù)和經(jīng)驗以及技術(shù)積累都比較欠缺，也因此尚未發(fā)射搭載了SAR/GMTI傳感器的衛(wèi)星。利用同平臺多傳感器圖像進行運動目標探測，一是解決急需，可以滿足減災救災等應急響應對運動目標探測技術(shù)的迫切需求；二是實用性強，該方法運算效率高，便于下一步在星上實現(xiàn)，可以確保運動目標探測的性能和精度。

利用同平臺多傳感器圖像進行運動目標探測，由于傳感器通道間成像時間間隔短，運動目標在圖像中位移為亞像元級，探測誤差大，因此需要通過技術(shù)途徑解決。

CCD傳感器(Charged Coupled Device)是一種電荷耦合器件，使用一種高感光度的半導體材料制成，能儲存由光產(chǎn)生的信號電荷，通過對它施加特定時序的脈沖，使存儲的信號電荷在CCD內(nèi)作定向傳輸而實現(xiàn)自掃描。傳統(tǒng)CCD傳感器包括線陣型CCD、面陣型CCD以及TDI-CCD三種，由許多微小半導體硅光敏固體元件呈線狀或面狀以極高密度排列在一起。線陣CCD將其上面形成的光學圖像轉(zhuǎn)換成為時序電信號輸出，獲取二維圖像信號時，必須與成像區(qū)域做相對推掃運動；面陣CCD是二維圖像傳感器，它可以直接將二維圖像轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號輸出，適用于對成像區(qū)域凝視成像；TDI-CCD結(jié)構(gòu)類似于面陣CCD，采用推掃方式成像，它逐級依次對地面同一目標曝光進行電荷累加，通過延時積分解決圖像能量不足的問題。

由于線陣型圖像傳感器拍攝場景在曝光階段一直在移動，因此移動速度嚴重限制了線陣型圖像傳感器像素的曝光時間。尤其是在照度低或者掃描速度很快的情況下，圖像傳感器的感應信號十分微弱，系統(tǒng)的信噪比(Signal to Noise Rate，SNR)降低，會影響拍攝的圖像質(zhì)量，為了解決這個問題，TDI技術(shù)被廣泛應用于線陣型圖像傳感器中。TDI型圖像傳感器能夠?qū)σ苿游矬w中同一目標進行重復曝光，然后將多次曝光結(jié)果進行累加。這種方法等效延長了光信號的積分時間，即相當于延長單個像素的曝光時間，因此可以獲得比較好的信噪比與靈敏度。

CMOS圖像傳感器是一種互補金屬氧化物半導體，是一種將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器、數(shù)字信號處理器和計算機接口電路集成在一塊硅片上的圖像傳感器。近些年，由于CMOS工藝的飛速發(fā)展，TDI型CMOS圖像傳感器也相應出現(xiàn)，這為TDI技術(shù)尋求突破找到了更有效的方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種基于設置在單片面陣傳感器上的多個相互獨立的圖像傳感器的運動目標探測方法和系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于同平臺多傳感器的運動目標探測方法，設置在單片面陣傳感器上的相互獨立的n個圖像傳感器組成圖像傳感器組，圖像傳感器組的布局為沿衛(wèi)星飛行方向在同一直線上等間距設置n個圖像傳感器，這里n為大于1的整數(shù)，該方法包括：圖像傳感器組中各個圖像傳感器分別采集圖像數(shù)據(jù)；對每個圖像傳感器所采集的圖像數(shù)據(jù)進行星上預處理，輸出預處理后的圖像數(shù)據(jù)；從接收到的預處理后的數(shù)據(jù)獲取圖像，對來自不同圖像傳感器的圖像進行運算處理從而識別運動目標。

進一步，該方法還包括步驟：計算運動目標的運動速度。

進一步，計算運動目標的運動速度包括：對于兩個圖像傳感器的情況，第一圖像傳感器與第二圖像傳感器的成像時差為t，運動距離為s，則運動目標速度為v＝s/t。

進一步，計算運動目標的運動速度包括：對于三個以上圖像傳感器的情況，運動目標的速度為這多個圖像傳感器中通過每兩個相鄰的圖像傳感器采集的數(shù)據(jù)算出運動目標的運動速度，對計算出的所有的運動速度取平均值。

進一步，星上預處理包括對圖像傳感器上各個像敏單元行進行不同行上的信號相減。

進一步，不同行上的信號相減的處理采用下面這些處理方式中的任一種：各行像敏單元上的信號逐行相減，然后逐行輸出相減結(jié)果；各行像敏單元上的信號隔行相減，然后隔行輸出相減的結(jié)果；每m行像敏單元作為一個區(qū)域，相鄰m行信號累加取均值，然后逐區(qū)域相減，最后逐區(qū)域輸出。

進一步，識別運動目標進一步包括：將多個圖像傳感器獲取的多幅圖像相減，梯度大于閾值的區(qū)域即為運動目標所在區(qū)域，對相減后的圖像利用霍夫變換求解任意兩點直線，在同一直線上的點，識別為同一目標或一列運動方向相同的目標。

一種基于同平臺多傳感器的運動目標探測系統(tǒng)，設置在單片面陣傳感器上的相互獨立的n個圖像傳感器組成圖像傳感器組，圖像傳感器組的布局為沿衛(wèi)星飛行方向在同一直線上等間距設置n個傳感器，這里n為大于1的整數(shù)，該系統(tǒng)還包括與圖像傳感器組依次相連的圖像數(shù)據(jù)預處理裝置和無線發(fā)送裝置，與無線發(fā)送裝置無線連接的無線接收裝置、以及與無線接收裝置依次相連的運動目標識別裝置，其中，圖像傳感器組中的各個圖像傳感器分別用于采集圖像數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)預處理裝置用于對每個圖像傳感器采集到的圖像數(shù)據(jù)進行預處理，無線發(fā)送裝置用于發(fā)送預處理后的圖像數(shù)據(jù)，無線接收裝置用于接收來自無線發(fā)送裝置的信號，運動目標識別裝置用于根據(jù)無線接收裝置接收到的預處理后的數(shù)據(jù)來獲取圖像，對來自不同圖像傳感器的圖像進行運算處理從而識別運動目標。

進一步，還包括與運動目標識別裝置相連的運動速度運算裝置，運動速度運算裝置用于對識別出來的運動目標計算運動速度。

進一步，圖像數(shù)據(jù)預處理裝置進一步用于對圖像傳感器上各個像敏單元行進行不同行上的信號相減。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案主要的優(yōu)點如下：

通過單片面陣傳感器整體采用一個時鐘振蕩電路，同平臺多傳感器能夠精確地同步或者具有精確的時差。設在一個單片面陣傳感器上的各個圖像傳感器都位于一個成像平面上而且沿著單片面陣傳感器上像敏單元列的方向成一條直線排列，提高了運動目標探測的精確性。本發(fā)明的方法運算效率高，傳輸數(shù)據(jù)量小，便于下一步在星上實現(xiàn)，可以確保運動目標探測的性能和精度。本發(fā)明的方法可以滿足減災救災等應急響應對運動目標探測技術(shù)的迫切需求。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1A是本發(fā)明一個實施例所述的同平臺雙傳感器布局示意圖；

圖1B是本發(fā)明一個實施例所述的同平臺三傳感器布局示意圖；

圖2是本發(fā)明一個實施例所述的基于同平臺多傳感器的運動目標探測方法的流程圖；

圖3A示出本發(fā)明星上數(shù)據(jù)預處理中一種不同行信號相減方式；

圖3B示出本發(fā)明星上數(shù)據(jù)預處理中另一種不同行信號相減方式；

圖3C示出本發(fā)明星上數(shù)據(jù)預處理中第三種不同行信號相減方式；

圖4是本發(fā)明一個實施例所述的基于同平臺多傳感器的運動目標探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本發(fā)明基于設置在單片面陣傳感器上的相互獨立的多個圖像傳感器，在本文中稱為同平臺多傳感器。單片面陣傳感器上一行像敏單元或多行像敏單元構(gòu)成一個獨立的像敏單元陣列，作為一個獨立的圖像傳感器。設在單片面陣傳感器上的各個獨立的圖像傳感器共用一個時鐘振蕩電路，同平臺多傳感器能夠精確地同步或者具有精確的時差。另外，設在一個單片面陣傳感器上的各個圖像傳感器都位于一個成像平面上而且沿著單片面陣傳感器上像敏單元列的方向成一條直線排列，這就避免了分散開的多個圖像傳感器設置到同一成像平面上而且在一條直線上排列時容易出現(xiàn)位置偏差的問題。為了實現(xiàn)運動目標的探測，采用位于一個單片面陣傳感器上的多個相互獨立的圖像傳感器分別獲取多幅圖像，這多個圖像傳感器組成圖像傳感器組1。圖像傳感器組1的布局方式為沿衛(wèi)星飛行方向在同一直線上等距離設置n個傳感器，這里n為大于1的整數(shù)。在實施例1中n＝2，沿衛(wèi)星飛行方向設置兩個圖像傳感器，兩個圖像傳感器處于同一直線上，如圖1A中所示的第一圖像傳感器11和第二圖像傳感器12。在實施例2中n＝3，沿衛(wèi)星飛行方向設置三個圖像傳感器，三個圖像傳感器等間距分布，且處于同一直線上，如圖1B中所示的第一圖像傳感器11、第二圖像傳感器12和第三圖像傳感器13。位于一個單片面陣傳感器上的多個圖像傳感器可以均為線陣傳感器，作為替換，也可以均為面陣傳感器，當然也可以既有線陣傳感器也有面陣傳感器。

如圖2所示，本發(fā)明一個實施例所述的基于同平臺多傳感器的運動目標探測方法包括如下步驟：

步驟S1，圖像傳感器組1中各個圖像傳感器分別采集圖像數(shù)據(jù)。

步驟S2，對每個圖像傳感器所采集的圖像數(shù)據(jù)進行星上預處理，預處理包括對圖像傳感器上各個像敏單元行進行不同行上的信號相減，以減少后續(xù)輸出和處理的數(shù)據(jù)量，輸出預處理后的圖像數(shù)據(jù)。

對圖像傳感器上各個像敏單元行進行不同行上的信號相減處理為下面各種處理方式中的任一種：

如圖3A所示，各行像敏單元上的信號逐行相減，然后逐行輸出相減結(jié)果。由于多個傳感器獲取數(shù)據(jù)量大，衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸壓力大，甚至無法承受，在星上直接相減即可得到可疑運動目標區(qū)域，只回傳該區(qū)域即可，無需回傳整幅圖像。

如圖3B所示，各行像敏單元上的信號隔行相減，然后隔行輸出相減的結(jié)果。對于高速運動目標，由于運動速度快相鄰兩行像敏單元上的信號差異太微小，難以檢測出可疑的運動目標區(qū)域，所以采取隔行相減的方式得到可疑的運動目標區(qū)域，隔行相減與逐行相減相比更大程度地減小計算量，適用于高速運動目標檢測?？梢悦扛粢恍械膬尚邢鄿p，作為替換，也可以每隔兩行的兩行相減，當然還可以間隔更多行，間隔的行數(shù)根據(jù)運動目標的運動速度和傳感器上總共的像敏單元行數(shù)來確定。

如圖3C所示，每m行像敏單元作為一個區(qū)域，相鄰m行信號累加取均值，然后逐區(qū)域相減，最后逐區(qū)域輸出。因為簡單相減存在信噪比偏低的問題，會影響檢測率，所以可以先累加再相減，提高檢測率，降低虛警率。

步驟S3，從接收到的預處理后的數(shù)據(jù)獲取圖像，對來自不同圖像傳感器的圖像進行運算處理從而識別運動目標。

將不同圖像傳感器獲取的圖像相減，灰度梯度大于閾值的區(qū)域即為運動目標所在區(qū)域，這里閾值優(yōu)選為0.2。因為非運動目標區(qū)域相減后灰度接近于0，存在運動目標的區(qū)域相減后灰度值較高，灰度梯度也比較大。圖像相減后，得到只有運動目標點的一幅圖像，在這個圖像上利用霍夫變換求解任意兩點直線，在同一直線上的點，可以確認為同一目標或一列運動方向相同的目標。

步驟S4，計算運動目標的運動速度。

對于采用兩個圖像傳感器采集運動目標的圖像的情況，設第一圖像傳感器11與第二圖像傳感器12的成像時差為t，運動距離為s，則運動目標速度為v＝s/t。對于采用三個圖像傳感器采集運動目標的圖像的情況，設第一圖像傳感器11與第二圖像傳感器12的成像時差為t1，運動距離為s1；第二圖像傳感器12與第三圖像傳感器13的成像時差為t2，運動距離為s2，則運動目標的速度為因此，對于采用三個以上的圖像傳感器采集運動目標的圖像的情況，運動目標的速度為這多個圖像傳感器中通過每兩個相鄰的圖像傳感器采集的數(shù)據(jù)算出運動目標的運動速度，對計算出的所有的運動速度取平均值。

本發(fā)明一個實施例所述的運動目標探測系統(tǒng)包括設置在單片面陣傳感器上的相互獨立的多個圖像傳感器，在本文中稱為同平臺多傳感器，這多個圖像傳感器構(gòu)成圖像傳感器組1。圖像傳感器的布局方式為沿衛(wèi)星飛行方向在同一直線上等距離設置n個傳感器，這里n為大于1的整數(shù)。在實施例1中n＝2，沿衛(wèi)星飛行方向設置兩個圖像傳感器，兩個圖像傳感器處于一條直線上，如圖1A中所示的第一圖像傳感器11和第二圖像傳感器12。在實施例2中n＝3，沿衛(wèi)星飛行方向的三個圖像傳感器，三個圖像傳感器等距分布，且處于一條直線上，如圖1B中所示的第一圖像傳感器11、第二圖像傳感器12和第三圖像傳感器13。如圖4所示，該系統(tǒng)還包括與圖像傳感器組1(包括第一圖像傳感器11、…、第n圖像傳感器1n)連接的圖像數(shù)據(jù)預處理裝置2、以及與圖像數(shù)據(jù)預處理裝置2連接的無線發(fā)送裝置3，以及與無線發(fā)送裝置3無線連接的無線接收裝置4、與無線接收裝置4連接的運動目標識別裝置5、與運動目標識別裝置5連接的運動速度運算裝置6。

其中，圖像傳感器組1中各個圖像傳感器分別用于采集圖像數(shù)據(jù)。這里，圖像傳感器可以是設置在單片面陣傳感器上的線陣型CCD傳感器、面陣型CCD傳感器或TDI型CCD傳感器，或者圖像傳感器可以是設置在單片面陣傳感器上的線陣型CMOS傳感器、面陣型CMOS傳感器或TDI型CMOS傳感器。

圖像數(shù)據(jù)預處理裝置2用于對每個圖像傳感器采集到的圖像數(shù)據(jù)進行預處理，對于TDI型圖像傳感器，圖像傳感器上各個像敏單元行進行不同行上的信號相減，具體相減處理為下面各種處理方式中的任一種：

如圖3A所示，各行像敏單元上的信號逐行相減，然后逐行輸出相減結(jié)果。由于多個傳感器獲取數(shù)據(jù)量大，衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸壓力大，甚至無法承受，在星上直接相減即可得到可疑運動目標區(qū)域，只回傳該區(qū)域即可，無需回傳整幅圖像。

如圖3B所示，各行像敏單元上的信號隔行相減，然后隔行輸出相減的結(jié)果。對于高速運動目標，由于運動速度快相鄰兩行像敏單元上的信號差異太微小，難以檢測出可疑的運動目標區(qū)域，所以采取隔行相減的方式得到可疑的運動目標區(qū)域，隔行相減與逐行相減相比更大程度地減小計算量，適用于高速運動目標檢測?？梢悦扛粢恍械膬尚邢鄿p，作為替換，也可以每隔兩行的兩行相減，當然還可以間隔更多行，間隔的行數(shù)根據(jù)運動目標的運動速度和傳感器上總共的像敏單元行數(shù)來確定。

如圖3C所示，每m行像敏單元作為一個區(qū)域，相鄰m行信號累加取均值，然后逐區(qū)域相減，最后逐區(qū)域輸出。因為簡單相減存在信噪比偏低的問題，會影響檢測率，所以可以先累加再相減，提高檢測率，降低虛警率。

無線發(fā)送裝置3用于發(fā)送預處理后的圖像數(shù)據(jù)。

無線接收裝置4用于接收來自無線發(fā)送裝置的信號。

運動目標識別裝置5用于根據(jù)無線接收裝置4接收到的預處理后的數(shù)據(jù)來獲取圖像，對來自不同圖像傳感器1的圖像進行運算處理從而識別運動目標。

運動速度運算裝置6用于對識別出來的運動目標計算運動速度。