一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统及方法，该系统包括：图像数据接收模块、图像帧头检测模块、单帧图像目标检测模块、序列图像关联检测模块；图像数据接收模块，每次从卫星红外图像生成系统接收预设N字节长度的数据包，并缓存到环形缓冲区中；图像帧头检测模块在环形缓冲区中对图像的起始位置与结束位置进行位置检测，并将帧图像数据缓存到图像缓存区中；单帧图像目标检测模块，用于处理图像缓存区的图像数据，获取疑似目标信息；序列图像关联检测模块，用于将多帧图像检测的疑似目标结果在时空上进行关联，剔除噪声点，获取真实的目标信息。本发明专利技术对模块划分进行了优化，保证了数据处理的完整性、实时性和可靠性。

System and method for real-time detecting and tracking midpoint target of satellite image sequence

The invention discloses a satellite image sequence point target detection and tracking system and method, the system includes: image data receiving module, image frame detection module, single frame image detection module, image sequence correlation detection module; the image data receiving module, receiving each preset N bytes in the data from satellite infrared images generation system package, and cache to the ring buffer; image frame detection module in the ring buffer in the starting position of the image and the end position of the position detection, and the image data cache to image buffer; target detection in single frame image processing module, image data for image buffer, access the suspected target information; image sequence correlation detection module for the suspected target detection results of multi frame images were correlated in time and space, remove noise Sound points are obtained for real target information. The invention optimizes the module division, and ensures the integrity, the real-time and the reliability of the data processing.

【技术实现步骤摘要】
一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统及方法
本专利技术属于计算机、航天技术与图像处理相结合的交叉科学
，更具体地，涉及一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统及方法。
技术介绍
二十世界末以来，卫星探测目标逐渐成为航空航天领域的重要发展方向。无论是在高科技产业，还是在经济领域都具有极高的战略意义，主要体现在探测洲际飞行器以及空天飞机等飞行器上具有重大作用。在卫星探测运动目标的过程中，扫描相机和凝视相机往往用来进行对目标进行跟踪。由于扫描相机成像面像素大，凝视成像频率快等特点，对此在处理图像数据中对有限的处理能力提出了更加严峻的挑战。在工业实时软件操作系统中，系统的运行效率极为重要，因此在软件设计上必须做到尽可能的优化。传统的单线程技术系统无法进行多项任务同时运行，必须走完一道流程之后才会进行用户界面响应，造成用户界面不流畅，甚至有些原本可以并行处理的流程，却放到同一流程上运行，极大地增加了运行成本和内核资源浪费。因此，单线程程序框架，在实时操作系统中，很难满足数据的实时处理和用户界面的实时响应。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统及方法，保证了数据处理的完整性、实时性和可靠性。有效解决了高帧频传输图像数据系统中实时处理图像数据的难题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统，包括：图像数据接收模块、图像帧头检测模块、单帧图像目标检测模块、序列图像关联检测模块；所述图像数据接收模块，每次从卫星红外图像生成系统接收预设N字节长度的数据包，并缓存到环形缓冲区中；所述图像帧头检测模块，用于在环形缓冲区内对环形缓冲区中的数据进行帧头、帧尾检测，并在检测到帧头后，读取帧头后的数据缓存到图像缓存区中，直至缓存至帧尾位置；所述单帧图像目标检测模块，用于处理图像缓存区中的帧图像数据，获取疑似目标点信息；其中，所述图像缓存区包括第一图像缓存区与第二图像缓存区，且第一图像缓存区与第二图像缓存区被所述图像帧头检测模块与所述单帧图像目标检测模块交替使用，在所述单帧图像目标检测模块对其中一个图像缓存区中已经缓存的上一帧图像数据进行处理时，所述图像帧头检测模块向另一个图像缓存区中缓存当前帧图像数据；所述序列图像关联检测模块，用于在所述单帧图像目标检测模块对多帧图像数据进行检测得到该多帧图像数据的疑似目标点后，对该多帧图像数据的疑似目标点在时空上进行关联得到初始轨迹，获取与该初始轨迹关联的下一帧图像的真实目标点信息。优选地，所述环形缓冲区的大小不小于N字节，所述环形缓冲区包括数据的读指针、写指针、检测指针，其中，所述写指针用于从所述图像数据接收模块向所述环形缓冲区中写数据，所述检测指针位于所述写指针和所述读指针之间，用于对图像的帧头、帧尾进行检测，且在所述读指针与所述检测指针之间为已检数据，在所述检测指针与所述写指针之间为待检数据，所述读指针用于在所述检测指针检测到帧头后，移动至帧头位置，并将帧头后的数据从所述环形缓冲区中读出并写入所述图像缓存区中。优选地，所述序列图像关联检测模块包括：初始轨迹获取模块，用于缓存所述单帧图像目标检测模块对多帧图像数据进行检测得到的该多帧图像数据的疑似目标点，通过逻辑法关联得到目标初始轨迹；第一计算模块，用于通过目标初始轨迹的末尾4个目标点Pt-4，Pt-3,Pt-2,Pt-1估算下一个目标点其中，在相面的移动距离为：在相面运动的角度偏移为：第二计算模块，用于计算窗口阈值参数值和角度偏移阈值其中，定义第t帧图像中的目标点Pt在相面的移动距离为Pt在相面运动的角度偏移为点迹匹配模块，用于获取当前第t帧图像中在窗口阈值范围内与目标初始轨迹匹配的目标点pt；第三计算模块，用于在当前第t帧图像中在窗口阈值范围内存在疑似目标点时，对每一个疑似目标点由公式计算为真实目标点的概率，其中，第四计算模块，用于将P(Li,θi)取最大值时对应的疑似目标点作为当前第t帧图像与目标初始轨迹匹配的真实目标点pt；第五计算模块，用于在当前第t帧图像中在窗口阈值范围内不存在疑似目标点时，将窗口阈值参数值dth1、dth2、cth扩大两倍，并转至所述点迹匹配模块检测下一帧图像中在扩大后的窗口阈值范围内是否存在关联匹配目标点；第六计算模块，用于在连续3帧没有匹配上目标点时，则判定轨迹消失，重新返回所述初始轨迹获取模块。优选地，在所述系统中包括三个线程，其中，第一线程用于为所述图像数据接收模块服务，第二线程用于为所述图像帧头检测模块服务，第三线程用于为所述单帧图像目标检测模块以及所述序列图像关联检测模块服务，所述第一线程与所述第二线程共享所述环形缓冲区，所述第二线程与所述第三线程共享第一图像缓存区与第二图像缓存区，利用等停-唤醒方式和交换指针的乒乓操作模式处理图像缓存区中的图像数据。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪方法，包括：(1)每次从卫星红外图像生成系统接收预设N字节长度的数据包，并缓存到环形缓冲区中；(2)在环形缓冲区内对环形缓冲区中的数据进行帧头、帧尾检测，并在检测到帧头后，读取帧头后的数据缓存到图像缓存区中，直至缓存至帧尾位置；(3)处理图像缓存区中的帧图像数据，获取疑似目标点信息；其中，所述图像缓存区包括第一图像缓存区与第二图像缓存区，且第一图像缓存区与第二图像缓存区交替使用，在对其中一个图像缓存区中已经缓存的上一帧图像数据进行处理时，向另一个图像缓存区中缓存当前帧图像数据；(4)在对多帧图像数据进行检测得到该多帧图像数据的疑似目标点后，对该多帧图像数据的疑似目标点在时空上进行关联得到初始轨迹，获取与该初始轨迹关联的下一帧图像的真实目标点信息。优选地，所述环形缓冲区的大小不小于N字节，所述环形缓冲区包括数据的读指针、写指针、检测指针，其中，所述写指针用于向所述环形缓冲区中写数据，所述检测指针位于所述写指针和所述读指针之间，用于对图像的帧头、帧尾进行检测，且在所述读指针与所述检测指针之间为已检数据，在所述检测指针与所述写指针之间为待检数据，所述读指针用于在所述检测指针检测到帧头后，移动至帧头位置，并将帧头后的数据从所述环形缓冲区中读出并写入所述图像缓存区中。优选地，所述步骤(4)具体包括：(4.1)缓存对多帧图像数据进行检测得到的该多帧图像数据的疑似目标点，通过逻辑法关联得到目标初始轨迹；(4.2)通过目标初始轨迹的末尾4个目标点Pt-4，Pt-3,Pt-2,Pt-1估算下一个目标点其中，在相面的移动距离为：在相面运动的角度偏移为：(4.3)计算窗口阈值参数值和角度偏移阈值其中，定义第t帧图像中的目标点Pt在相面的移动距离为Pt在相面运动的角度偏移为(4.4)检测当前第t帧图像中在窗口阈值范围内是否存在关联匹配目标点若存在，则执行步骤(4.5)，否则，执行步骤(4.7)；(4.5)对每一个疑似目标点由公式计算为真实目标点的概率，其中，(4.6)将P(Li,θi)取最大值时对应的疑似目标点作为当前第t帧图像与目标初始轨迹匹配的真实目标点pt；(4.7)将窗口阈值参数值dth1、dth2、cth扩大两倍，并转至步骤(4.4)检测下一帧帧图像中在扩大后的窗口阈值范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统，其特征在于，包括：图像数据接收模块、图像帧头检测模块、单帧图像目标检测模块、序列图像关联检测模块；所述图像数据接收模块，每次从卫星红外图像生成系统接收预设N字节长度的数据包，并缓存到环形缓冲区中；所述图像帧头检测模块，用于在环形缓冲区内对环形缓冲区中的数据进行帧头、帧尾检测，并在检测到帧头后，读取帧头后的数据缓存到图像缓存区中，直至缓存至帧尾位置；所述单帧图像目标检测模块，用于处理图像缓存区中的帧图像数据，获取疑似目标点信息；其中，所述图像缓存区包括第一图像缓存区与第二图像缓存区，且第一图像缓存区与第二图像缓存区被所述图像帧头检测模块与所述单帧图像目标检测模块交替使用，在所述单帧图像目标检测模块对其中一个图像缓存区中已经缓存的上一帧图像数据进行处理时，所述图像帧头检测模块向另一个图像缓存区中缓存当前帧图像数据；所述序列图像关联检测模块，用于在所述单帧图像目标检测模块对多帧图像数据进行检测得到该多帧图像数据的疑似目标点后，对该多帧图像数据的疑似目标点在时空上进行关联得到初始轨迹，获取与该初始轨迹关联的下一帧图像的真实目标点信息。

【技术特征摘要】
1.一种卫星序列图像中点目标实时检测与跟踪系统，其特征在于，包括：图像数据接收模块、图像帧头检测模块、单帧图像目标检测模块、序列图像关联检测模块；所述图像数据接收模块，每次从卫星红外图像生成系统接收预设N字节长度的数据包，并缓存到环形缓冲区中；所述图像帧头检测模块，用于在环形缓冲区内对环形缓冲区中的数据进行帧头、帧尾检测，并在检测到帧头后，读取帧头后的数据缓存到图像缓存区中，直至缓存至帧尾位置；所述单帧图像目标检测模块，用于处理图像缓存区中的帧图像数据，获取疑似目标点信息；其中，所述图像缓存区包括第一图像缓存区与第二图像缓存区，且第一图像缓存区与第二图像缓存区被所述图像帧头检测模块与所述单帧图像目标检测模块交替使用，在所述单帧图像目标检测模块对其中一个图像缓存区中已经缓存的上一帧图像数据进行处理时，所述图像帧头检测模块向另一个图像缓存区中缓存当前帧图像数据；所述序列图像关联检测模块，用于在所述单帧图像目标检测模块对多帧图像数据进行检测得到该多帧图像数据的疑似目标点后，对该多帧图像数据的疑似目标点在时空上进行关联得到初始轨迹，获取与该初始轨迹关联的下一帧图像的真实目标点信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环形缓冲区的大小不小于N字节，所述环形缓冲区包括数据的读指针、写指针、检测指针，其中，所述写指针用于从所述图像数据接收模块向所述环形缓冲区中写数据，所述检测指针位于所述写指针和所述读指针之间，用于对图像的帧头、帧尾进行检测，且在所述读指针与所述检测指针之间为已检数据，在所述检测指针与所述写指针之间为待检数据，所述读指针用于在所述检测指针检测到帧头后，移动至帧头位置，并将帧头后的数据从所述环形缓冲区中读出并写入所述图像缓存区中。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述序列图像关联检测模块包括：初始轨迹获取模块，用于缓存所述单帧图像目标检测模块对多帧图像数据进行检测得到的该多帧图像数据的疑似目标点，通过逻辑法关联得到目标初始轨迹；第一计算模块，用于通过目标初始轨迹的末尾4个目标点Pt-4，Pt-3,Pt-2,Pt-1估算下一个目标点其中，在相面的移动距离为：在相面运动的角度偏移为：第二计算模块，用于计算窗口阈值参数值和角度偏移阈值其中，定义第t帧图像中的目标点Pt在相面的移动距离为Pt在相面运动的角度偏移为点迹匹配模块，用于获取当前第t帧图像中在窗口阈值范围内与目标初始轨迹匹配的目标点pt；第三计算模块，用于在当前第t帧图像中在窗口阈值范围内存在疑似目标点时，对每一个疑似目标点由公式计算为真实目标点的概率，其中，第四计算模块，用于将P(Li,θi)取最大值时对应的疑似目标点作为当前第t帧图像与目标初始轨迹匹配的真实目标点pt；第五计算模块，用于在当前第t帧图像中在窗口阈值范围内不存在疑似目标点时，将窗口阈值参数值dth1、dth2、cth扩大两倍，并转至所述点迹匹配模块检测下一帧图像中在扩大后的窗口阈值范围内是否存在关联匹配目标点；第六计算模块，用于在连续3帧没有匹配上目标点时，则判定轨迹消失，重新返回所述初始轨迹获取模块。4.根据权利要求1至3任意一项所述的系统，其特征在于，在所述系统中包括三个线程，其中，第一线程用于为所述图像数据接收模块服务，第二线程用于为所述图像帧头检测模块服务，第三线程用于为所述单帧图像目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岳环，阮善恩，张天序，秦翠格，洪星，姚守悝，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42