一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，所述方法利用制冷中波热成像传感器获得远距离目标物的热成像图像并进行预处理得到高质量图像，利用激光测距机进行目标物测距，通过热成像图像、转台参数、测距值对目标物的高度、宽度、相对坐标进行计算，实现目标物测量。本发明专利技术可在低能见度条件下，对远距离目标物实现灵敏度更高，精度更高，误差更小的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法及系统
本专利技术涉及远距离目标物测量
，具体涉及基于制冷中波热成像、转台和激光测距的测量方法及系统。
技术介绍
目标物测量是在远距离、大范围安全防范领域经常遇到的问题，特别是在低能见度条件下远距离目标物的测量一直都是难点。视觉测量是利用摄像机拍摄被测目标物的图像，通过计算机快速提取目标物图像的特征信号，经分析计算后，得出被测目标物的宽度、高度、相对坐标等参数。与其他测量方法相比，视觉测距是被动测量，即不需要向目标物发射任何信号，只需拍摄目标物的图像即可。视觉传感器获得的图像直观并能提供比其他传感器更加丰富的信息，但需要计算机过滤多余信息和干扰因素。目前视觉测量计算研究主要有单目、双目和多目测距。双目和多目测量精度较高，但是系统较负责，并且存在特殊条件约束，比如双目基线精度对测量平台稳定性要求极高。单目测量主要利用景象特征信息进行计算测量，具有设备简单、成本低等优点，但是传统单目测量无法适应远距离测量要求。现有技术的缺点在于：第一，一般用于近距离的测量，不适应远距离、大范围的目标物测量；第二，在户外，受各种天气条件影响，特别是在低能见度条件下，技术会失效；第三，距离和相对坐标精度差。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法及系统，根据制冷热成像、转台参数和激光测距结果，对远距离目标物进行测量，提高了测量的效率和准确性，具体如下：一方面，本专利技术提供了一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：(1)采集目标物图像；(2)预处理热成像图像：(3)从预处理后的热成像图像中获得目标物的像素高度和像素宽度；(4)获取转台俯仰角、水平方位角、热成像镜头的水平视场角；(5)获取激光测距机的目标物距离值；(6)计算目标物的几何尺寸；(7)计算目标物的相对位置。在一个实施方式中，在步骤(1)中，调整转台转向和热成像镜头焦距，镜头完成自动调焦，采集远距离目标物的多张热成像图像。在一个实施方式中，在步骤(2)中，将图像分为若干块，每个块包含3*3共9个子块，每个子块包含3*3共9个像素，从左至右、从上至下滑动遍历整幅图像，求得响应最大值。在一个实施方式中，在步骤(2)中，每一个子块的响应值用它的均值来代表，如下式所示：式中p、q为子块的中心，则对于图像块中的任意一个子块mi(i表示子块的序号)，其响应值表示为：mi＝m(subblock(pi,qi))，式中pi、qi为第i个子块的中心坐标，因此，对于一个图像块的中心块，其响应值表示为m0，邻域块整体的响应值表示为：当窗口滑过图像某一位置时，找出此图像块中心块的亮度最大值Ln，其中n表示窗口滑动到第n个像素时所得到的第n个图像块，则此图像块最终的响应值定义为：Cn值越大，表示此处为目标的可能性越大，滑动窗口遍历图像所有的像素点后，将每一个像素点用Cn替换得到图像的对比度图C，为了进一步提高图像的信噪比，在得到原有对比度图的基础上，通过下式生成原图像的显著度图S：S(x,y)＝C(x,y)-I(x,y)，式中I(x,y)代表原图像，显著度图S提高原图像的信噪比，抑制了图像背景杂波，完成了热成像图像的预处理，获得清晰的热成像图像。在一个实施方式中，在步骤(6)中，目标物高度计算：利用步骤(2)转台俯仰角、镜头视场角和(4)目标物距离参数，计算目标物高度，计算公式如下：计算目标物宽度，计算公式如下：公式中，ɑ为热成像镜头的水平视场角，β为热成像镜头的垂直视场角，γ为转台俯仰角，D为转台到目标物距离，M为目标物像素宽度，N为目标物像素高度，H为热成像图像的像素宽度，V为热成像图像的像素高度。在一个实施方式中，在步骤(7)中，以热成像转台所在位置为原点，计算目标物相对于转台的三维相对坐标，计算公式如下：X＝cosθ*cosγ*D，Y＝sinθ*cosγ*D，Z＝sinγ*cosγ*D，公式中，γ为转台俯仰角，θ为转台水平方位角，D为转台到目标物距离。另一方面，本专利技术提供一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量系统，其特征在于，所述系统包括如下装置：制冷热成像图像采集装置；热成像图像预处理装置；目标物特征图像提取计算装置；高精度转台装置；激光测距机装置；目标物特征图像尺寸计算装置；目标物相对位置计算装置。在一个实施方式中，所述制冷热成像图像采集装置采用了制冷型中波热成像仪，工作时，制冷机先进行工作来降低自身的温度，这样在检测物体时灵敏度更高，精度更高，误差更小，检测温度范围更广，可提供远距离目标的清晰图像。在一个实施方式中，所述热成像图像预处理装置提高原图像的信噪比，抑制了图像背景杂波，完成了热成像图像的预处理，获得清晰的热成像图像。在一个实施方式中，所述目标物特征图像提取计算装置用于通过目标物检测软件算法，从热成像画面中提取目标物图像；在一个实施方式中，所述高精度转台装置用于承载热成像图像采集装置和激光测距机，可电动调整水平和俯仰的角度；在一个实施方式中，所述激光测距机装置用于对10km以上目标物测距，并输出目标物理距离；在一个实施方式中，所述目标物特征图像尺寸计算装置用于通过光学几何模型，确定目标物对象的物理尺寸；在一个实施方式中，所述目标物相对位置计算装置用于通过光学几何模型，确定目标物对象的相对位置。对制冷中波热成像图像进行预处理后，能提供较高质量的热成像图像。在镜头光学误差、转台水平方位角和俯仰角误差可控情况下，根据几何光学成像公式，可计算目标物的几何尺寸和相对坐标，完成远距离目标物的测量。本专利技术所达到的有益效果是，采用了中波制冷热成像并进行了预处理，提高原图像的信噪比，抑制了图像背景杂波，能提供清晰的远距离目标物可见度，使用户能够在更远距离上看清更细的细节和探测更多更小的目标物，为用户提供远距离目标物清晰、合适对比度的热图像，能对10km外航空器、车辆、船舶等目标物进行测量。采用高精度热成像镜头和转台，提供较高的测量精度。成像时间和测量时间短，对于动态目标物测量有明显的优势。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。图1为本专利技术基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量示意图。图2为本专利技术测量工作流程图。图3为本专利技术制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法中的测量目标物宽度换算关系示意图。图4为本专利技术制冷中波热成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：/n(1)采集目标物图像；/n(2)预处理热成像图像：/n(3)从预处理后的热成像图像中获得目标物的像素高度和像素宽度；/n(4)获取转台俯仰角、水平方位角、热成像镜头的水平视场角；/n(5)获取激光测距机的目标物距离值；/n(6)计算目标物的几何尺寸；/n(7)计算目标物的相对位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)采集目标物图像；
(2)预处理热成像图像：
(3)从预处理后的热成像图像中获得目标物的像素高度和像素宽度；
(4)获取转台俯仰角、水平方位角、热成像镜头的水平视场角；
(5)获取激光测距机的目标物距离值；
(6)计算目标物的几何尺寸；
(7)计算目标物的相对位置。


2.如权利要求1所述的基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，其特征在于，在步骤(1)中，调整转台转向和热成像镜头焦距，镜头完成自动调焦，采集远距离目标物的多张热成像图像。


3.如权利要求1所述的基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，其特征在于，在步骤(2)中，将图像分为若干块，每个块包含3*3共9个子块，每个子块包含3*3共9个像素，从左至右、从上至下滑动遍历整幅图像，求得响应最大值。


4.如权利要求3所述的基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，其特征在于，在步骤(2)中，
每一个子块的响应值用它的均值来代表，如下式所示：



式中p、q为子块的中心，则对于图像块中的任意一个子块mi(i表示子块的序号)，其响应值表示为：
mi＝m(subblock(pi,qi))，
式中pi、qi为第i个子块的中心坐标，因此，对于一个图像块的中心块，其响应值表示为m0，邻域块整体的响应值表示为：



当窗口滑过图像某一位置时，找出此图像块中心块的亮度最大值Ln，其中n表示窗口滑动到第n个像素时所得到的第n个图像块，则此图像块最终的响应值定义为：



Cn值越大，表示此处为目标的可能性越大，滑动窗口遍历图像所有的像素点后，将每一个像素点用Cn替换得到图像的对比度图C，
为了进一步提高图像的信噪比，在得到原有对比度图的基础上，通过下式生成原图像的显著度图S：
S(x,y)＝C(x,y)-I(x,y)，
式中I(x,y)代表原图像，
显著度图S提高原图像的信噪比，抑制了图像背景杂波，完成了热成像图像的预处理，获得清晰的热成像图像。


5.如权利要求1所述的基于制冷中波热成像转台的远距离目标物测量方法，其特征在于，在步骤(6)中，目标物高度计算：利用步骤(2)转台俯仰角、...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎永志，娄健，张焱辉，
申请(专利权)人：北京华成智云软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11