本發(fā)明屬于干涉成像、目標(biāo)檢測，涉及一種高速目標(biāo)檢測方法，具體涉及一種基于干涉成像與目標(biāo)檢測技術(shù)的高速頻域目標(biāo)檢測方法。

背景技術(shù)：

1、利用高分辨率遙感圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測是遙感領(lǐng)域的研究熱點，在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著非常重要的作用。隨著光電成像系統(tǒng)分辨率的提升，更加豐富、精細(xì)的光學(xué)信息被探測出來。但圖像數(shù)據(jù)量會隨分辨率的提升而大幅增加，導(dǎo)致信息處理速度的大幅下降。因此，在保持光電成像系統(tǒng)分辨率的同時，大幅提高目標(biāo)檢測速度已成為一個亟待解決的焦點問題。

2、為了大幅降低光學(xué)成像系統(tǒng)的長度、體積和重量，美國于2012年提出了一種平面干涉光電成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用微透鏡陣列收集光線，在光子集成電路中實現(xiàn)干涉配對、相位調(diào)整、波導(dǎo)耦合、相干探測，經(jīng)信號處理得到空域圖像，可將光學(xué)系統(tǒng)的長度、體積和重量減少10倍到100倍。

3、平面干涉光電成像系統(tǒng)對觀測場景進(jìn)行頻域采樣，所獲得的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相同分辨率下空域成像的數(shù)據(jù)量。利用平面干涉光電成像系統(tǒng)頻域采集數(shù)據(jù)量低的特點，探索高速頻域目標(biāo)檢測方法具有重要的理論意義與實用價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，該系統(tǒng)采用平面干涉光電成像系統(tǒng)采集到的觀測場景的稀疏離散頻譜構(gòu)建數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行高速目標(biāo)檢測。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，包括如下步驟：

4、步驟一、設(shè)計平面干涉光電成像系統(tǒng)的參數(shù)，所述參數(shù)包括微透鏡陣列排布方式、工作波段、物距、微透鏡口徑、系統(tǒng)口徑、最長基線大小、每條干涉臂上微透鏡數(shù)目、干涉臂數(shù)目、光譜通道數(shù)目；

5、步驟二、計算平面干涉光電成像系統(tǒng)的頻譜采集數(shù)據(jù)并分析其成像性能，具體步驟如下：

6、步驟二一、計算每個微透鏡探測單元的坐標(biāo)：

7、采用微透鏡的輻射狀排列方式，根據(jù)幾何關(guān)系，計算出微透鏡陣列最內(nèi)層圍成的圓的半徑為：

8、

9、其中，d為微透鏡口徑，α為相鄰兩條pic間的夾角度數(shù)，則每個微透鏡的中心位置坐標(biāo)為：

10、

11、其中，i代表微透鏡數(shù)目，j代表干涉臂數(shù)目，xlens、ylens分別代表該微透鏡的橫、縱坐標(biāo)；

12、步驟二二、根據(jù)基線配對法則計算微透鏡兩兩配對得到的每個波長通道的探測頻譜：

13、根據(jù)基線配對法則，將第j條pic上的第m個微透鏡和第n個微透鏡進(jìn)行配對，則其探測的空間頻率點(u,v)的計算方式為：

14、

15、其中，λ為工作波長，z為物距；

16、步驟二三、將各個通道的頻譜進(jìn)行疊加；

17、步驟二四、將疊加后的頻譜進(jìn)行傅里葉逆變換，得到成像結(jié)果；

18、步驟三、構(gòu)建平面干涉光電成像系統(tǒng)的采樣頻譜的檢測數(shù)據(jù)模型：采樣頻譜模矩陣中存在大量零元素，為消除非采樣點的零元素，將每個采樣向量的頻譜模逐行排列，形成一個頻譜模小矩陣，以頻譜模小矩陣進(jìn)行目標(biāo)檢測的速度會比空域圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測的速度高；

19、步驟四、設(shè)計基于方向梯度直方圖與支持向量機(jī)相結(jié)合的頻空域目標(biāo)檢測算法，具體步驟如下：

20、步驟四一、給定觀測場景數(shù)據(jù)集，根據(jù)步驟二，得到平面干涉光電成像系統(tǒng)的場景成像數(shù)據(jù)集a；

21、步驟四二、將數(shù)據(jù)集a的頻譜數(shù)據(jù)中的每個采樣向量取模后逐行排列，形成一個小矩陣數(shù)據(jù)集b；

22、步驟四三、分別對數(shù)據(jù)集a、數(shù)據(jù)集b進(jìn)行方向梯度直方圖特征提取，分別獲得數(shù)據(jù)集a1、數(shù)據(jù)集b1；

23、步驟四四、利用支持向量機(jī)對數(shù)據(jù)集a1、數(shù)據(jù)集b1分別進(jìn)行分類訓(xùn)練，并統(tǒng)計檢測時間；

24、步驟五、比較分析步驟四設(shè)計的頻空域的目標(biāo)檢測速度，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)：修改平面干涉光電成像系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，即針對每個給定觀測場景數(shù)據(jù)集重新執(zhí)行步驟一～步驟四，在保證目標(biāo)檢測準(zhǔn)確率高于90％的條件下優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)一步提高檢測速度，直到速度達(dá)到最高為止。

25、若采用其他檢測算法，例如著名的yolo(you?only?look?once)算法時，步驟四替換為：

26、設(shè)計基于yolo的頻空域目標(biāo)檢測算法，具體步驟如下：

27、步驟四一、給定觀測場景數(shù)據(jù)集，根據(jù)步驟二，得到平面干涉光電成像系統(tǒng)的場景成像數(shù)據(jù)集a；

28、步驟四二、將數(shù)據(jù)集a的頻譜數(shù)據(jù)中的每個采樣向量取模后逐行排列，形成一個小矩陣數(shù)據(jù)集b；

29、步驟四三、分別對數(shù)據(jù)集a、數(shù)據(jù)集b進(jìn)行特征標(biāo)記；

30、步驟四四、利用yolo算法對數(shù)據(jù)集a、數(shù)據(jù)集b分別進(jìn)行分類訓(xùn)練檢測，并統(tǒng)計檢測時間。

31、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

32、本發(fā)明采用平面干涉光電成像系統(tǒng)采集到的觀測場景的稀疏離散頻譜構(gòu)建數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行高速目標(biāo)檢測，具有可直接在頻域進(jìn)行目標(biāo)檢測、檢測模型數(shù)據(jù)量小、目標(biāo)檢測速度快的優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，其特征在于所述步驟二的具體步驟如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，其特征在于所述步驟三的具體步驟如下：采樣頻譜模矩陣中存在大量零元素，為消除非采樣點的零元素，將每個采樣向量的頻譜模逐行排列，形成一個頻譜模小矩陣，以頻譜模小矩陣進(jìn)行目標(biāo)檢測的速度會比空域圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測的速度高。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，其特征在于所述步驟四的具體步驟如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，其特征在于所述步驟四替換為：設(shè)計基于yolo的頻空域目標(biāo)檢測算法，具體步驟如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，其特征在于所述步驟五的具體步驟如下：修改平面干涉光電成像系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)，即針對每個給定觀測場景數(shù)據(jù)集重新執(zhí)行步驟一～步驟四，在保證目標(biāo)檢測準(zhǔn)確率高于90％的條件下優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，進(jìn)一步提高檢測速度，直到速度達(dá)到最高為止。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于平面干涉光電成像系統(tǒng)的高速目標(biāo)檢測方法，所述方法包括如下步驟：步驟一、設(shè)計平面干涉光電成像系統(tǒng)的參數(shù)；步驟二、計算平面干涉光電成像系統(tǒng)的頻譜采集數(shù)據(jù)并分析其成像性能；步驟三、構(gòu)建平面干涉光電成像系統(tǒng)的采樣頻譜的檢測數(shù)據(jù)模型；步驟四、設(shè)計頻空域目標(biāo)檢測算法；步驟五、比較分析頻空域的目標(biāo)檢測速度，進(jìn)而優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。本發(fā)明采用平面干涉光電成像系統(tǒng)采集到的觀測場景的稀疏離散頻譜構(gòu)建數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行高速目標(biāo)檢測，具有可直接在頻域進(jìn)行目標(biāo)檢測、檢測模型數(shù)據(jù)量小、目標(biāo)檢測速度快的優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：任智斌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28