【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天光学多孔径成像，尤其涉及一种面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法及装置。
技术介绍
1、随着航天遥感光学探测器技术的发展，提供了从太空俯视视角探测地面和海上目标的新手段。特别是多孔径非干涉成像系统的发展在军事、航天、天文和灾害救援领域有着难以估量的价值。这种系统利用较小的光学元件获得了更大的有效通光孔径，系统的重量可以明显降低。这种结构成像系统的子孔径一般具有相同的形状和尺寸，降低了加工难度和制造成本。国际上，欧空局的柏拉图空间望远镜(plato)由26个光学孔径阵列相机构成，计划于2026年底发射，能够获得比单个大型望远镜更高的信噪比。国内中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院于2020年8月，成功完成军科一号卫星复眼相机的研制，并顺利入轨传回实验数据图像，圆满完成对复眼相机等空间光学侦察技术在轨演示验证，但是由于该星的多孔径设计没有考虑到艾瑞光斑与探测器的优化选取问题和非干涉成像模式的问题，所以该星亦无法实现面向弱光目标的探测。
2、弱光探测成像器件经历了高灵敏度电荷耦合器件(charged coupld device，ccd)、互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)、背照式ccd、增强型ccd和科学型cmos器件等，探测灵敏度和信噪比有了很大改进。然而，现有的目标探测成像器件多采用单孔径遥感探测器，这些探测器在弱光条件下受限于信噪比(singal noise ratio，snr)不足，难以满足对暗弱目标探测的需求，
3、现有技术中，利用单孔径弱光探测器获取序列数据，采用图像质量提升和目标检测相结合的软件算法来提升暗弱目标的检测精度，在静止目标和运动速度较慢的目标检测中取得了较好的效果。
4、但当目标运动速度过快，再采用此方法就会造成运动目标的丢失，其原因是序列的序列数据中运动目标位置在发生变化，经过高精度配准和处理后运动目标会丢失。同时由于弱光环境复杂，探测接收的光子数量少，采用常规的帧间差分法、背景减法等这些方法在检测过程中还容易出现虚假伪影，难以得到完整的运动目标区域轮廓。
5、因此，急需一种能够满足低照度探测的探测方法。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法及装置，能够实现弱光复杂背景下目标的高精度探测。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、构建弱光探测具有平行光路的多孔径非干涉成像装置；
4、步骤s2、利用多孔径非干涉成像装置，通过单次曝光，获取夜间同一时间拍摄的同一区域的多帧影像数据；
5、步骤s3、构建弱光探测图像退化模型；
6、步骤s4、求解非凸高阶全变分优化所述弱光探测图像退化模型至收敛；
7、步骤s5、进行基于时空域的目标背景抑制。
8、根据本专利技术的一个技术方案，所述步骤s1中，构建弱光探测多孔径非干涉成像装置，设置了平行光路的多孔径非干涉成像模式，采用1×5的设计模式，包括5个子孔径镜头，五个所述子孔径镜头之间光路具有重叠。
9、根据本专利技术的一个技术方案，在所述步骤s3中，分析影像数据的成像过程中存在的退化因素，具体包括：
10、分析影像数据a1,a2......a5的成像过程中退化因素的影响，构建弱光探测成像退化数学模型；
11、ai＝τridhiz+ni,i＝1,…,k (1)
12、其中，所述退化因素至少包括模糊、噪声、高动态范围和上采样，ai表示观测到的第i帧目标区域低分辨率图像；τ表示曝光系数，用于描述成像积分时间，τ的值可根据经验值获得；ri表示高动态范围矩阵，用来表示图像的不同动态范围调节过程；ri值可通过多曝光融合算法计算得到；d表示上采样矩阵，根据像质提升后的倍数确定，通常取定值；hi表示一个块循环矩阵用来表示模糊降质过程，包括失焦、运动模糊或光学系统传递函数带来的模糊；hi值通过高斯核函数获得；z表示高分辨率目标图像；ni表示加性噪声；k表示低分辨率图像的数量。
13、根据本专利技术的一个技术方案，在所述步骤s4中，具体包括：
14、步骤s41、引入正则化项来克服病态，并采用非凸高阶tv超分辨率重建方法进行病态问题求解：
15、
16、其中，φ()表示重叠组稀疏正则化项，用于保证重建出影像是边缘规整；表示非凸lp正则化范数；变量λ(λ>0)和ω(ω>0)表示正则化参数，用于控制数据保真项和非凸二阶正则化器的正则化参数；图像tc(u)表示特征约束函数，用于约束重建图像的像素值，采用所述特征约束函数，在预定义的动态范围内重构图像；其中，c＝[0,1024]，u为区间c中的图像像素值；假设c为像素点集合，函数的定义如下：
17、
18、和在假设周期性边界条件情况下，分别表示离散的一阶和二阶梯度算子；
19、步骤s42、采用迭代重加权lp交替方向法求解最小化问题，将公式(2)转化为约束优化问题，优化所述弱光探测图像退化模型至收敛；
20、步骤s43、利用弱光探测图像退化模型获得质量提升后的目标区域图像进行保存。
21、根据本专利技术的一个技术方案，所述步骤s42中，具体包括：
22、步骤s421、采用admm方法研究逐级求解各子问题的最优解，每次迭代中，通过将残差投影到每个域，算法保持大的幅值分量，并将小的幅值系数设置为零，随着迭代的进行，残差越来越小；
23、步骤s422、在每次迭代中，分别在重叠组稀疏全变差域和图像空间域重构不同类型的结构分量；
24、步骤s423、当达到一定的迭代次数或算法收敛到最小值时算法终止。
25、根据本专利技术的一个技术方案，在所述步骤s5中，具体包括：
26、步骤s51、对质量提升后的目标区域图像进行预处理，预处理包括将质量提升后的目标区域图像转换为灰度图像；
27、步骤s52、将转换后的多帧灰度图像，根据图像中目标与背景的时空域特性预测影像的背景；
28、步骤s53、采用基于空间域的背景抑制方法，基于背景的空间相关性估计背景，再将估计背景与原始图像相减，包括：
29、采用top-hat滤波法对g1,g2......gn的每一帧影像进行whitehat和blackhat的变换，whitehat变换为原图与开运算的差值图像，其公式为：
30、
31、blac本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，所述步骤S1中，构建弱光探测多孔径非干涉成像装置，设置了平行光路的多孔径非干涉成像模式，采用1×5的设计模式，包括5个子孔径镜头，五个所述子孔径镜头之间光路具有重叠。
3.根据权利要求2所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，分析影像数据的成像过程中存在的退化因素，具体包括：
4.根据权利要求1所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，在所述步骤S4中，具体包括：
5.根据权利要求4所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，所述步骤S42中，具体包括：
6.根据权利要求1所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，在所述步骤S5中，具体包括：
7.根据权利要求4所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，所述步骤S42中，将公式(2)转化为约束优化问题，具体包括以下
8.一种用于实现如权利要求1至7中任一项所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法的成像探测装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，所述步骤s1中，构建弱光探测多孔径非干涉成像装置，设置了平行光路的多孔径非干涉成像模式，采用1×5的设计模式，包括5个子孔径镜头，五个所述子孔径镜头之间光路具有重叠。
3.根据权利要求2所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，其特征在于，在所述步骤s3中，分析影像数据的成像过程中存在的退化因素，具体包括：
4.根据权利要求1所述的面向弱光探测的多孔径非干涉成像探测方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪，李峰，辛蕾，张南，李睿瑄，彭靖，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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