CN111077533A - 一种多光谱广域全景光电雷达***及其探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种多光谱广域全景光电雷达***及其探测方法，以提高光电探测时的分辨率、扩大探测视角并降低探测成本；该多光谱广域全景光电雷达***，包括：红外探测器、可见光探测器、用于架设红外探测器和可见光探测器的架设机构、与架设机构连接的用于驱动架设机构进行步进运动的驱动机构、与驱动机构连接的用于控制驱动机构开启或停止工作的控制器、和分别与红外探测器和可见光探测器连接的处理器；红外探测器和可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构上。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种多光谱广域全景光电雷达***及其探测方法。
背景技术
可见光探测器由于价格低、分辨率高而广泛应用于安防***中，但由于其工作于可见光波段使其无法用于夜间监视和能见度不佳的场景。而红外探测器可以实现昼夜24小时的有效探测，其工作波段使其透雾性能优于可见光探测器，但红外探测器分辨率低，没有颜色信息，在白天高温情况下难以探测与周围环境温度相近的目标。为使监控***在24小时内均具有好的探测效果，采用制冷红外探测器是手段之一。而要实现广域监视，一般采用多探测器拼接、运动消旋等技术。由于制冷红外探测器价格高昂，消旋的机械结构和控制算法复杂等原因，使得上述技术实现的产品技术难度大价格昂贵，产品很难在民用市场上得到推广应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种多光谱广域全景光电雷达***，以提高光电探测时的分辨率、扩大探测视角并降低探测成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种多光谱广域全景光电雷达***，包括：
红外探测器、可见光探测器、用于架设所述红外探测器和所述可见光探测器的架设机构、与所述架设机构连接的用于驱动所述架设机构进行步进运动的驱动机构、与所述驱动机构连接的用于控制所述驱动机构开启或停止工作的控制器、和分别与所述红外探测器和所述可见光探测器连接的处理器；
所述红外探测器和所述可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构上。
优选地，所述驱动机构包括直驱马达电机，所述直驱马达电机按照设定分度进行步进运动。
优选地，所述设定分度包括9度分度。
优选地，还包括采集板和与所述采集板连接的光线滑环，所述采集板分别与所述红外探测器和所述可见光探测器连接，所述光线滑环的另一端连接所述处理器。
优选地，还包括套设于所述红外探测器和所述可见光探测器外层的视窗盖板。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种应用于上述多光谱广域全景光电雷达***的探测方法，包括以下步骤：
控制器产生运动曲线信息，将所述运动曲线信息发送至驱动机构；
驱动机构根据运动曲线信息驱动红外探测器和可见光探测器做间歇性的往返运动；
红外探测器间歇运动获取红外图像信息并将所述红外图像信息传输至处理器，可见光探测器获取可见光图像信息并将所述可见光图像信息传输至处理器；
处理器根据所述红外图像信息和所述可见光图像信息进行融合拼接处理以生成全景图。
优选地，所述驱动机构带动所述若干个红外探测器根据设定的分度做间歇性的往返运动的过程中，形成若干个凝视视场，该凝视视场的个数根据设定的分度和360度计算得到。
优选地，所述信息处理器根据红外图像信息和所述可见光图像信息生成全景图包括：
采用线性拉伸法对红外图像信息和可见光图像信息分别进行预处理得到每个凝视视场的初始图像；
对每个所述初始图像进行拼接，然后将根据红外图像信息的拼接结果和根据可见光图像信息的拼接结果进行融合以得到全景图；
获取相邻时刻的两幅全景图，根据两幅全景图的图像帧做差值计算以获取目标的运动轨迹。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种多光谱广域全景光电雷达***及其探测方法，结合红外探测器和可见光探测器进行探测，且将红外探测器和可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构上，进一步通过驱动机构驱动架设机构进行步进运动，可以实现水平360度成像以及任意分割多扇区成像，且可以融合可见光探测器的分辨率高和红外探测器的探测效果好的优点，提高了光电探测时的分辨率，扩大了探测视角并且降低了探测成本。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的多光谱广域全景光电雷达***的硬件结构示意图；
图2是本发明优选实施例的多光谱广域全景光电雷达***的结构示意图；
图3是本发明优选实施例的多光谱广域全景光电雷达***的探测方法流程图。
附图标记：
1、红外探测器；2、可见光探测器；3、视窗盖板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
需要说明的是，为满足对于高帧频、高分辨率图像的实时处理需求，本实施例选用TI最新一代8核1.25G浮点型DSP作为处理器，计算能力高达160GFLOPS；为满足广域搜索和监测功能，通过选用具备强大的运算能力和并行处理能力的GPU模块—TX2，辅助DSP完成各项指标要求；对于FPGA的选型，主要考虑板卡高速串行信号的要求，SRIO、PCIe接口的总线速度需要达到5Gbps，同时需要兼顾内部丰富的逻辑资源和BUFG资源，满足多个接口的逻辑转换和时钟管理，综合上述要求，选型为Xilinx公司K7系列，其具备上述要求的资源和速率，同时功耗较低。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种多光谱广域全景光电雷达***，包括：
红外探测器、可见光探测器、用于架设红外探测器和可见光探测器的架设机构、与架设机构连接的用于驱动架设机构进行步进运动的驱动机构、与驱动机构连接的用于控制驱动机构开启或停止工作的控制器、和分别与红外探测器和可见光探测器连接的处理器；
红外探测器和可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构上。
上述的多光谱广域全景光电雷达***，结合红外探测器和可见光探测器进行探测，且将红外探测器和可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构上，进一步通过驱动机构驱动架设机构进行步进运动，可以实现水平360度成像以及任意分割多扇区成像，提高了光电探测时的分辨率，扩大了探测视角并且降低了探测成本。作为本实施例优选的实施方式，驱动机构包括直驱马达电机，直驱马达电机按照设定分度进行步进运动。本实施例中，设定分度包括9度分度。
需要说明的是，如图2所示，红外探测器1的个数和可见光探测器2的个数根据使用场景不同可以进行调整，在具体使用时，将红外探测器的视场和可将光探测器的视场都视为一个扇区，如图2所示，若红外探测器的视场或者可将光探测器的视场为90度，则该器件对应的扇区为90度。作为可变换的实施方式，由于不同型号的器件的视场不同，所以其扇区也会随着视场的不同而改变，例如，还可以为180度或者其他的度数，在进行两者的安装连接时，只需满足其扇区在运动过程中能满足360度即可。本实施例中，以使用一个红外探测器和一个可见光探测器为例进行说明。具体地，将该红外探测器和可见光探测器按照任意多扇区的定义的分度间隔水平连接固定，并且使用直驱马达电机按照9度分度进行步进运动(即每隔9度进行一次停止拍照)，每运动一个周期便可形成一帧全景图像，最高帧频可达2Hz，360度帧频达0.25Hz。
作为可变换的实施方式，根据使用场景的不同，还可以在一定程度上调整分度的具体度数。作为本实施例优选的实施方式，还包括采集板和与采集板连接的光线滑环，采集板分别与红外探测器和可见光探测器连接，光线滑环的另一端连接处理器。本实施例中，采集板将红外探测器和可见光探测器的图像采集后转换为光信号，经过光纤滑环传递给处理器，处理器中的FPGA、TX2、DSP完成图像的显示预处理及动目标探测，同时处理器接收来自上位机的控制命令，生成直驱马达电机的控制信号发送给直驱马达电机控制器，驱动直驱马达电机进行步进运动。且本实施例中，通过光纤滑环进行信息传输，可以提升传输的速度。
作为本实施例优选的实施方式，还包括套设于红外探测器和可见光探测器外层的视窗盖板3。通过视窗盖板，可以保护红外探测器和可见光探测器不受外界环境的摩擦，进一步提升***的使用寿命。
上述的多光谱广域全景光电雷达***将不同波段的多种类型摄像头拼接、融合与步进凝视技术相结合，在使用1个红外探测器和1个可见光探测器的情况下可以实现40个红外探测器和40个可见光探测器拼接的效果，可以实现水平360度成像以及任意分割多扇区成像，对人的探测距离可达1000米，对车辆的探测距离可达2000米。可以广泛应用于军营、监狱、发电站、机场、港口、水坝、水处理站、太阳能发电场、风电场、油田、油库、弹药库、数据中心等敏感区域的保护。
且值得强调的是，该***采用不同波段的多种类型摄像头拼接、融合与步进凝视技术相结合有效提高了目标特性在检测识别中的效果，改善了白天高温情况下与环境温度相近目标的检测效果，采用2464*2056高分辨率可见光数据，目标细节更加细腻。该***采用高性能FPGA+GPU+DSP异构处理主板，可实现1路BAYER(2464*2056高分辨率可见光数据)和1路红外图像(640*512分辨率)的同时拼接、检测、识别。相对于采用单个或多个探测器方案及光学消旋方案，本发明在保证***性能指标的同时，降低了结构和控制复杂度，降低了产品的生产成本。
实施例2
如图3所示，与上述实施例1相对应地，本实施例提供一种应用于上述多光谱广域全景光电雷达***的探测方法，包括以下步骤：
控制器产生运动曲线信息，将运动曲线信息发送至驱动机构；
驱动机构根据运动曲线信息驱动红外探测器和可见光探测器做间歇性的往返运动；
红外探测器间歇运动获取红外图像信息并将红外图像信息传输至处理器，可见光探测器获取可见光图像信息并将可见光图像信息传输至处理器；
处理器根据红外图像信息和可见光图像信息进行融合拼接处理以生成全景图。
优选地，驱动机构带动若干个红外探测器根据设定的分度做间歇性的往返运动的过程中，形成若干个凝视视场，该凝视视场的个数根据设定的分度和360度计算得到。
优选地，信息处理器根据红外图像信息和可见光图像信息生成全景图包括：
采用线性拉伸法对红外图像信息和可见光图像信息分别进行预处理得到每个凝视视场的初始图像；
对每个初始图像进行拼接，然后将根据红外图像信息的拼接结果和根据可见光图像信息的拼接结果进行融合以得到全景图；
获取相邻时刻的两幅全景图，根据两幅全景图的图像帧做差值计算以获取目标的运动轨迹。
作为本实施例优选的实施方式，线性拉伸具体包括以下步骤，此处，以拉升红外图像信息为例进行说明，其中，对可见光图像信息进行拉伸的原理与其一致，此处，不多做赘述。
红外探测器将凝视视场获得的红外图像信息采用采用线性拉伸法进行处理，将采集16位的数字图像，转换为8位的数字图像，以实现正常显示，本实施例中的拉伸算法如下:
其中，P为拉伸后的图像像素值，p为原始图像像素值，μ为原始图像均值，σ为原始图像的均方差，α为拉伸系数。
然后，采用自适应直方图均衡算法(CLAHE)增强图像的局部对比度而不影响整体对比度，可以使亮度更好地分布在直方图上，然后进行图像旋转、拼接缝线性过度、白边校正等处理得到最后地全景图，能有效解决拼缝过度不均匀、全景图背景明暗不均等问题。
需要说明的是，在进行目标的光电探测时，远处小目标与噪声特性相当，若目标较小，容易和背景或者远处的噪声进行混淆，因此，本实施例中通过获取相邻帧的两个全景图，对同一个凝视视场在该两个全景图中的位置做差值计算进行轨迹关联，可以精确地确定待测目标的运动轨迹，较小噪声带来的影响，提高检测概率，能有效区分噪声和符合人、车运动特性的关联目标，有效提升了整个平台的目标探测性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多光谱广域全景光电雷达***，其特征在于，包括：
红外探测器、可见光探测器、用于架设所述红外探测器和所述可见光探测器的架设机构、与所述架设机构连接的用于驱动所述架设机构进行步进运动的驱动机构、与所述驱动机构连接的用于控制所述驱动机构开启或停止工作的控制器、和分别与所述红外探测器和所述可见光探测器连接的处理器；
所述红外探测器和所述可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构上。
2.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达***，其特征在于，所述驱动机构包括直驱马达电机，所述直驱马达电机按照设定的分度进行步进运动。
3.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达***，其特征在于，所述设定的分度包括9度分度。
4.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达***，其特征在于，还包括采集板和与所述采集板连接的光线滑环，所述采集板分别与所述红外探测器和所述可见光探测器连接，所述光线滑环的另一端连接所述处理器。
5.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达***，其特征在于，还包括套设于所述红外探测器和所述可见光探测器外层的视窗盖板。
6.一种应用于上述权利要求1-5任一所述的多光谱广域全景光电雷达***的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制器产生运动曲线信息，将所述运动曲线信息发送至驱动机构；
驱动机构根据运动曲线信息驱动红外探测器和可见光探测器做间歇性的往返运动；
红外探测器间歇运动获取红外图像信息并将所述红外图像信息传输至处理器，可见光探测器获取可见光图像信息并将所述可见光图像信息传输至处理器；
处理器根据所述红外图像信息和所述可见光图像信息进行融合拼接处理以生成全景图。
7.根据权利要求6所述的探测方法，其特征在于，所述驱动机构带动所述若干个红外探测器根据设定的分度做间歇性的往返运动的过程中，形成若干个凝视视场，该凝视视场的个数根据设定的分度和360度计算得到。
8.根据权利要求6所述的探测方法，其特征在于，所述信息处理器根据红外图像信息和所述可见光图像信息生成全景图包括：
采用线性拉伸法对红外图像信息和可见光图像信息分别进行预处理得到每个凝视视场的初始图像；
对每个所述初始图像进行拼接，然后将根据红外图像信息的拼接结果和根据可见光图像信息的拼接结果进行融合以得到全景图；
获取相邻时刻的两幅全景图，根据两幅全景图的图像帧做差值计算以获取目标的运动轨迹。
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