一种图谱协同实时处理系统技术方案

本发明专利技术公开一种图谱协同实时处理系统，包括：光学镜头用于获取来自包括目标视场的可见光，并将可见光分离；红外成像传感器用于将接收的可见光转换成红外模拟图像，并将红外模拟图像转化为数字图像提供给协处理板；光谱传感器用于从接受的可见光中获取光谱数据，并提供给上位机；协处理板用于从数字图像中确定目标位置，并将目标位置发送给上位机，确定目标位置所用的算法通过FPGA全并行流水线化实现；上位机用于通过持续接收协处理板发送来的目标位置，控制二维伺服随动系统，调整光学镜头，减少目标和光学镜头视场中心的距离，当目标被拉到光学镜头的视场中心时，获取目标光谱信息。本发明专利技术实现了全自动测谱，最终达到图/谱协同实时处理。

【技术实现步骤摘要】
一种图谱协同实时处理系统
本专利技术属于红外遥感、导航制导、图像识别和光谱分析的交叉
，更具体地，涉及一种图谱协同实时处理系统。
技术介绍
目标光谱对于目标分类及识别具有重要意义，近年来受到极大关注，成为目标识别领域的热门研究方法，尤其是图谱协同实时处理系统的研究，具有重要意义。现有的图谱设备多有如下缺点：(1)有的只有光谱测量设备，需要人为调整系统设备对准目标物体，且这种方式没有图像的引导，无法精确采集远距离目标的光谱信号；(2)有的是配合伺服系统，但伺服系统需要人工操作，自动化程度低；(3)对于动目标，跟踪耗时长，无法实时采集图谱数据并处理，这就造成了图谱分离，或图谱不对应的问题，造成高价值的目标光谱数据获取不准确，对后续应用造成了不利影响。
技术实现思路
针对现有图谱处理系统的缺点，本专利技术提出了一种图谱协同实时处理系统，目的在于解决现有图谱设备无法同时采集光谱和图像，以及配合伺服系统时需要人工操作，自动化程度低，以及无法实时采集动目标图谱数据的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种图谱协同实时处理系统，包括：光学镜头、红外成像传感器、光谱传感器、上位机、协处理板以及二维伺服随动系统；所述光学镜头用于获取来自包括目标视场的可见光，并将可见光分离，分别提供给红外成像传感器和光谱传感器；所述红外成像传感器用于将接收的可见光转换成红外模拟图像，并将红外模拟图像转化为数字图像提供给所述协处理板；所述光谱传感器用于从接受的可见光中获取光谱数据，并提供给所述上位机；所述协处理板用于从所述数字图像中确定目标位置，并将所述目标位置发送给所述上位机，确定所述目标位置所用的算法通过FPGA全并行流水线化实现，减少了确定目标位置所消耗的时间；所述上位机用于通过持续接收协处理板发送来的目标位置，控制二维伺服随动系统，调整光学镜头的俯仰角和方位角，减少目标和光学镜头视场中心的距离，当目标被拉到光学镜头的视场中心并保持时，此时控制所述光谱传感器获取目标光谱信息。可选地，所述协处理板从所述数字图像中确定目标位置所用的算法包括：双线性插值、HOG特征提取、二维快速傅里叶变换FFT2、滤波模板生成与更新、二维快速傅里叶逆变换IFFT2以及位置跟踪；所述双线性插值用于将所述数字图像缩放到同一固定大小；所述HOG特征提取用于从所述数字图像中描述目标特征；FFT2用于将计算转化到频域以减少下一步滤波模板生成过程中计算的复杂度；滤波模板生成与更新用于在频域内生成位置跟踪所需要的位置模板，其中，所述位置模板为上一帧数字图像中确定的目标的位置坐标；IFFT2用于将频域内计算的位置模板再转化到时域；位置跟踪用于通过目标最大位置响应进行位置跟踪，确定当前帧数字图像中目标的位置；其中，双线性插值、HOG特征提取、二维快速傅里叶变换FFT2、滤波模板生成与更新、二维快速傅里叶逆变换IFFT2以及位置跟踪算法全并行进行。可选地，所述二维伺服随动系统采用PID控制，其中用K来表示伺服机构的控制系数，K越大，则伺服运动的越快，但系统超调也会增加；K越小，系统超调会越小，但伺服运动的速度也会变慢，伺服机构用于让目标稳定的保持在所述标定中心；所述上位机用于当目标的位置和光学镜头视场中心的距离大于预设的距离阈值时，选用较大的K值，使得二维伺服随动系统快速运动；当目标的位置和光学镜头视场中心的距离小于或等于预设的距离阈值时，则选择较小的K值，以减少二维伺服随动系统的超调。可选地，所述协处理板从所述数字图像中确定目标位置所用的位置跟踪算法包括：参考模板在前一帧的位置，在当前帧中提取目标样本Zl；利用Zl和上一帧位置模板At-1、Bt-1，根据以下公式来计算目标的位置向量y：其中，λ为一常数，为二维快速傅里叶逆变换，y为位置向量；计算max(y)，得到新目标位置Pt。可选地，所述协处理板从所述数字图像中确定目标位置所用的双线性插值算法包括：设原数字图像大小为m×n，缩放到同一固定大小的目标图像大小为a×b；那么两幅图像的边长比为：m/a和n/b，目标图像的像素点(i,j)对应原图的坐标为非整数点的坐标无法在缩放后的目标图像上表示，双线性插值找到对应坐标最近的4个点，对于灰度图像而言，目标图像像素点(i,j)的像素值计算公式为：f(i,j)＝(1-u)×(1-v)×P1+(1-v)×u×P2+(1-u)×v×P3+u×v×P4其中，P1、P2、P3、P4为最近四个点的像素值，u、v为原图坐标的小数部分。可选地，所述协处理板从所述数字图像中确定目标位置所用的位置跟踪算法中，求max(y)，得到新目标位置Pt，具体包括如下步骤：求最大值坐标时先假设第一个点为最大点，将IFFT2的实部结果依次与其做比较，如果比它大就将最大的值和其坐标用寄存器存下来，并将其作为新的最大值，如果比最大值小，那么就不更新最大值和坐标位置，这样就可以得到跟踪到的新目标位置坐标。总体而言，通过本专利技术所提出的以上图谱协同实时处理系统能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提出一种图谱协同实时处理系统，上位机主要负责光谱数据的存储与分析，协处理板主要负责通过硬件加速的目标跟踪，减少跟踪所消耗的时间，另外通过二维伺服随动系统实现了全自动测谱，最终达到图/谱协同实时处理。(2)本专利技术提出的图谱协同实时处理系统，突破了传统静平台\静目标处理系统的限制，系统能够全自动、实时运行，大大减少了人工干预；图/谱数据连贯、准确，使得后续对图/谱数据处理分析的可靠性大大提高。附图说明图1为本专利技术实例提供的图谱协同实时处理系统的硬件结构示意图；图2为图1所示系统的工作流程图；图3为本专利技术实例提供的光学镜头的结构；图4为本专利技术实例提供的协处理板结构；图5为本专利技术实例提供的FPGA实现的相关滤波跟踪算法的流水线图；图6为本专利技术实例提供的双线性插值模块FPGA实现架构；图7为本专利技术实例提供的HOG特征提取模块硬件架构流程图；图8为本专利技术实例提供的FFT及IFFT流水线结构图；图9为本专利技术实例提供的滤波模板生成及更新的流程图；图10为本专利技术实例提供的位置检测流程图；图11为本专利技术实例提供的大视场范围内搜索到的飞机目标；图12为本专利技术实例提供的拉到视场中心的飞机目标；图13为本专利技术实例提供的飞机目标尾焰的光谱数据。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的图谱协同实时处理系统，该系统将自动扫描并捕获成像传感器视场的动目标，并通过硬件跟踪得到目标当前位置，通过二维伺服随动系统实时调整光学镜头方位角及俯仰角，使目标稳定于视场中心范围，从而通过光谱传感器获取动目标的准确光谱数据并做进一步的分析。如图1所示，本专利技术实例所设计的图谱协同实时处理系统包括：光学镜头1、红外成像传感器2、光谱传感器3、上位机4、协处理板5、二维伺服随动系统6和监视器7。其中主要部件的功能为：光学镜头1用于获取可见光，并将可见光分离，分别提供给红外成像传感器2和光谱传感器3；红外成像传感器2用于将接收的可见光转换成红外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图谱协同实时处理系统，其特征在于，包括：光学镜头、红外成像传感器、光谱传感器、上位机、协处理板以及二维伺服随动系统；所述光学镜头用于获取来自包括目标视场的可见光，并将可见光分离，分别提供给红外成像传感器和光谱传感器；所述红外成像传感器用于将接收的可见光转换成红外模拟图像，并将红外模拟图像转化为数字图像提供给所述协处理板；所述光谱传感器用于从接受的可见光中获取光谱数据，并提供给所述上位机；所述协处理板用于从所述数字图像中确定目标位置，并将所述目标位置发送给所述上位机，确定所述目标位置所用的算法通过FPGA全并行流水线化实现，减少了确定目标位置所消耗的时间；所述上位机用于通过持续接收协处理板发送来的目标位置，控制二维伺服随动系统，调整光学镜头的俯仰角和方位角，减少目标和光学镜头视场中心的距离，当目标被拉到光学镜头的视场中心并保持时，此时控制所述光谱传感器获取目标光谱信息。

【技术特征摘要】
1.一种图谱协同实时处理系统，其特征在于，包括：光学镜头、红外成像传感器、光谱传感器、上位机、协处理板以及二维伺服随动系统；所述光学镜头用于获取来自包括目标视场的可见光，并将可见光分离，分别提供给红外成像传感器和光谱传感器；所述红外成像传感器用于将接收的可见光转换成红外模拟图像，并将红外模拟图像转化为数字图像提供给所述协处理板；所述光谱传感器用于从接受的可见光中获取光谱数据，并提供给所述上位机；所述协处理板用于从所述数字图像中确定目标位置，并将所述目标位置发送给所述上位机，确定所述目标位置所用的算法通过FPGA全并行流水线化实现，减少了确定目标位置所消耗的时间；所述上位机用于通过持续接收协处理板发送来的目标位置，控制二维伺服随动系统，调整光学镜头的俯仰角和方位角，减少目标和光学镜头视场中心的距离，当目标被拉到光学镜头的视场中心并保持时，此时控制所述光谱传感器获取目标光谱信息。2.根据权利要求1所述的图谱协同实时处理系统，其特征在于，所述协处理板从所述数字图像中确定目标位置所用的算法包括：双线性插值、HOG特征提取、二维快速傅里叶变换FFT2、滤波模板生成与更新、二维快速傅里叶逆变换IFFT2以及位置跟踪；所述双线性插值用于将所述数字图像缩放到同一固定大小；所述HOG特征提取用于从所述数字图像中描述目标特征；FFT2用于将计算转化到频域以减少下一步滤波模板生成过程中计算的复杂度；滤波模板生成与更新用于在频域内生成位置跟踪所需要的位置模板，其中，所述位置模板为上一帧数字图像中确定的目标的位置坐标；IFFT2用于将频域内计算的位置模板再转化到时域；位置跟踪用于通过目标最大位置响应进行位置跟踪，确定当前帧数字图像中目标的位置；其中，双线性插值、HOG特征提取、二维快速傅里叶变换FFT2、滤波模板生成与更新、二维快速傅里叶逆变换IFFT2以及位置跟踪算法全并行进行。3.根据权利要求1所述的图谱协同实时处理系统，其特征在于，所述二维伺服随动系统采用PID控制，其中用K来表示伺服机构的控制系数，K...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，余峰，陈泉，周灿新，陆檑，张培阳，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42