一種機(jī)載多光譜視頻圖像采集與處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)載圖形圖像領(lǐng)域，涉及一種機(jī)載多光譜視頻圖像采集與處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了更好地觀測外部場景、感知周邊態(tài)勢，飛機(jī)吊艙通常需要采集、處理多個光學(xué)譜段(例如可見光與近、中、遠(yuǎn)紅外等)的視頻圖像，以便充分利用它們之間的互補(bǔ)信息，通過融合，實現(xiàn)視覺畫面的增強(qiáng)與內(nèi)容的解析。
[0003]現(xiàn)有的多光譜視頻圖像采集與處理方法主要有兩種:一種是將可見光、紅外等多個光學(xué)像機(jī)固定安裝在某一指定位置，執(zhí)行觀測任務(wù)時，這些像機(jī)可以同時開啟；另一種是將多個光學(xué)像機(jī)通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連，這些像機(jī)每次只能有一個處于有效工作狀態(tài)，需根據(jù)事先定義的任務(wù)計劃和當(dāng)時的氣象條件進(jìn)行合理選擇。無論是哪一種方法，采集不同的光譜圖像，都需要有不同的光學(xué)像機(jī)做支撐，這將導(dǎo)致系統(tǒng)因光學(xué)像機(jī)數(shù)量過多而無法實現(xiàn)小型化。此外，對于不同的光譜圖像，由于其處理算法是不同的，因此必須采用與之對應(yīng)的圖像處理模塊，也就是說每一個光學(xué)像機(jī)都應(yīng)配備一個專用的圖像處理模塊。然而，這將導(dǎo)致系統(tǒng)體積、重量、功耗和成本的增加，不適宜于機(jī)載實現(xiàn)。目前的改進(jìn)方法是，先將多個用于不同光譜的圖像處理算法預(yù)存在同一個圖像處理模塊中，再在每次任務(wù)開始前，通過操作員的手動配置，選取不同的算法。但是，它無法做到光譜的自適應(yīng)，當(dāng)任務(wù)改變時，都需要中斷指令，人工干預(yù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種自適應(yīng)的機(jī)載多光譜視頻圖像一體化采集與處理方法，在實現(xiàn)多光譜視頻圖像自動采集與處理的前提下，有效降低系統(tǒng)的體積、重量、功耗和成本。
[0005]本發(fā)明的解決方案如下:
[0006]—種機(jī)載多光譜視頻圖像采集與處理方法，在用于視頻圖像采集的光電成像系統(tǒng)的前端設(shè)置旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片，旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片的旋轉(zhuǎn)位置反映當(dāng)前的成像的光譜類型;在視頻圖像采集階段生成的編碼信息中引入對應(yīng)于當(dāng)前光譜類型的光譜標(biāo)記，在視頻圖像處理階段解碼過程中解析識別所述光譜標(biāo)記，然后選擇對應(yīng)的圖像處理算法進(jìn)行圖像處理。
[0007]以上方案具體可設(shè)計多個模塊，按照以下環(huán)節(jié)實現(xiàn):
[0008]在機(jī)載視頻圖像采集階段:旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片加裝于光電成像系統(tǒng)的前端，用于提供可見光、近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外光學(xué)譜段的限定和選擇;定位感測裝置用于在線測量旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片的旋轉(zhuǎn)位置;光譜標(biāo)記模塊根據(jù)定位感測裝置測得的位置信息以及該位置信息對應(yīng)的光學(xué)譜段，推理得到當(dāng)前時刻采集的光譜信息，并按照預(yù)先設(shè)定的定義規(guī)則生成特定的字符代碼;視頻格式編制模塊將收集到的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼打包，以設(shè)定的視頻格式輸出；
[0009]在機(jī)載視頻圖像處理階段:視頻格式解析模塊對接收到的視頻信號進(jìn)行解包，將視頻信號分解為相應(yīng)的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼，其中:圖像信息發(fā)送給圖像處理模塊，指代光譜信息的字符代碼發(fā)送給光譜識別模塊;光譜識別模塊按照預(yù)先設(shè)定的定義規(guī)則對字符代碼進(jìn)行識別，還原其所指代的光譜信息的真實含義;算法選擇控制模塊根據(jù)光譜識別模塊給出的光譜識別結(jié)果，控制圖像處理模塊選擇對應(yīng)的圖像處理算法，對收到的圖像信息進(jìn)行處理。
[0010]本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0011]通過在機(jī)載視頻圖像采集與處理階段分別引入光譜標(biāo)記與光譜識別，滿足對于不同光譜的自適應(yīng)感知，無需人工干預(yù)，實現(xiàn)全工作流程的自動化。并且，它僅用一套光電成像系統(tǒng)，便可實現(xiàn)多光譜圖像的采集;僅用一個圖像處理模塊，便可滿足不同的光譜圖像處理需求。這將使系統(tǒng)的體積、重量、功耗和成本大大降低，特別適宜于機(jī)載實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0012]圖1本發(fā)明機(jī)載多光譜視頻圖像采集與處理系統(tǒng)架構(gòu)及方法流程示意圖。
[0013]圖2旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片正向視圖。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]本發(fā)明通過在機(jī)載視頻圖像采集與處理階段分別引入光譜標(biāo)記與光譜識別，滿足對于不同光譜的自適應(yīng)感知，實現(xiàn)全工作流程的自動化。如圖1所示:
[0016]在機(jī)載視頻圖像采集階段:旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片加裝于光電成像系統(tǒng)(復(fù)合光路+成像感光器+信號采集電路)的前端，它用于對可見光與近、中、遠(yuǎn)紅外等光學(xué)譜段的限定和選擇。定位感測裝置用于在線測量帶通濾波片的旋轉(zhuǎn)位置。光譜標(biāo)記模塊根據(jù)定位感測裝置測得的位置信息以及該位置信息對應(yīng)的光學(xué)譜段，推理得到飛機(jī)吊艙在當(dāng)前時刻采用的光譜信息，并按照事先制定的定義規(guī)則生成特定的字符代碼。視頻格式編制模塊將收集到的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼打包，以一定的視頻格式輸出。
[0017]在機(jī)載視頻圖像處理階段:視頻格式解析模塊對接收到的視頻信號進(jìn)行解包，將視頻信號分解為相應(yīng)的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼，其中:圖像信息發(fā)送給圖像處理模塊，指代光譜信息的字符代碼發(fā)送給光譜識別模塊。光譜識別模塊按照事先制定的定義規(guī)則對字符代碼進(jìn)行識別，還原其所指代的光譜信息的真實含義。算法選擇控制模塊根據(jù)光譜識別模塊給出的光譜識別結(jié)果，控制圖像處理模塊選擇對應(yīng)的圖像處理算法，對之前收到的圖像信息進(jìn)行處理。
[0018]具體示例:
[0019]在機(jī)載視頻圖像采集階段:(I)旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片正向視圖如圖2所示，其主體是一個圓形金屬底座，經(jīng)位置等分后，均勻嵌入若干個(通常是2-4個)大小一致的具有不同光譜信息的濾鏡。(2)光電成像系統(tǒng)中的復(fù)合光路由一系列非球面透鏡組成，成像感光器采用CCD或CMOS器件，信號采集電路包括信號放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等電路。(3)定位感測裝置選用角度傳感器，它在使用前需要進(jìn)行初始化和標(biāo)定，以確定旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片的初始角度和旋轉(zhuǎn)過程中的相對角度。(4)光譜標(biāo)記模塊可以用FPGA也可以用ARM、DSP、PowerPC等CPU來實現(xiàn)，它主要是通過查找表比對方式，找出角度信息與濾鏡的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而推理得到飛機(jī)吊艙在當(dāng)前時刻所采用的光譜信息，并按照事先制定的定義規(guī)則生成特定的字符代碼。為了計算方便，考慮應(yīng)用實際，該字符代碼采用8位二進(jìn)制碼，例如00010000代表可見光、00000011代表近紅外、00000101代表中紅外、00001001代表遠(yuǎn)紅外。(5)視頻格式編制模塊在打包圖像信息和指代光譜信息的字符代碼時，先將指代光譜信息的字符代碼以約定的形式進(jìn)行包裝整合，例如在指代光譜信息的字符代碼前后各加上一組8位二進(jìn)制碼，10101010和01010101，以示對指代光譜信息的字符代碼的區(qū)分和辨讀。然后將包裝整合后的字符代碼置于圖像信息的第一行，因其在整幅圖像中所占的比重很小，所以這樣的放置方式不會影響最終的圖像處理結(jié)果。最后將所有的數(shù)據(jù)以VESA時序輸出。
[0020]在機(jī)載視頻圖像處理階段:(I)視頻格式解析模塊先將接收到的視頻信號按照VESA時序進(jìn)行解包，讀取相應(yīng)的圖像信息；再將圖像信息的第一行中的10101010和01010101這兩組8位二進(jìn)制碼之間的字符代碼(也就是指代光譜信息的字符代碼)提取出來，發(fā)送給光譜識別模塊進(jìn)行識別;最后將圖像信息中涉及上述字符代碼的字符位填充全O或者全I(xiàn)后，發(fā)送給圖像處理模塊等待處理。(2)光譜識別模塊根據(jù)字符代碼對應(yīng)的數(shù)值，按照事先制定的定義規(guī)則，給出該代碼所指代的光譜信息的真實含義，例如將00010000對應(yīng)為可見光、將00000011對應(yīng)為近紅外、將00000101對應(yīng)為中紅外、將00001001對應(yīng)為遠(yuǎn)紅外。(3)算法選擇控制模塊根據(jù)光譜識別模塊給出的光譜識別結(jié)果，控制圖像處理模塊選擇對應(yīng)的圖像處理算法，這可以由條件分支語句實現(xiàn)。(4)圖像處理模塊即可處理之前收到的圖像信息。
【主權(quán)項】
1.一種機(jī)載多光譜視頻圖像采集與處理方法，其特征在于:在用于視頻圖像采集的光電成像系統(tǒng)的前端設(shè)置旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片，旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片的旋轉(zhuǎn)位置反映當(dāng)前的成像的光譜類型；在視頻圖像采集階段生成的編碼信息中引入對應(yīng)于當(dāng)前光譜類型的光譜標(biāo)記，在視頻圖像處理階段解碼過程中解析識別所述光譜標(biāo)記，然后選擇對應(yīng)的圖像處理算法進(jìn)行圖像處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)載多光譜視頻圖像采集與處理方法，其特征在于，具體實現(xiàn)如下: 在機(jī)載視頻圖像采集階段:旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片加裝于光電成像系統(tǒng)的前端，用于提供可見光、近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外光學(xué)譜段的限定和選擇;定位感測裝置用于在線測量旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片的旋轉(zhuǎn)位置;光譜標(biāo)記模塊根據(jù)定位感測裝置測得的位置信息以及該位置信息對應(yīng)的光學(xué)譜段，推理得到當(dāng)前時刻采集的光譜信息，并按照預(yù)先設(shè)定的定義規(guī)則生成特定的字符代碼;視頻格式編制模塊將收集到的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼打包，以設(shè)定的視頻格式輸出； 在機(jī)載視頻圖像處理階段:視頻格式解析模塊對接收到的視頻信號進(jìn)行解包，將視頻信號分解為相應(yīng)的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼，其中:圖像信息發(fā)送給圖像處理模塊，指代光譜信息的字符代碼發(fā)送給光譜識別模塊;光譜識別模塊按照預(yù)先設(shè)定的定義規(guī)則對字符代碼進(jìn)行識別，還原其所指代的光譜信息的真實含義;算法選擇控制模塊根據(jù)光譜識別模塊給出的光譜識別結(jié)果，控制圖像處理模塊選擇對應(yīng)的圖像處理算法，對收到的圖像信息進(jìn)行處理。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種機(jī)載多光譜視頻圖像采集與處理方法，通過在機(jī)載視頻圖像采集與處理階段分別引入光譜標(biāo)記與光譜識別，滿足對于不同光譜的自適應(yīng)感知，實現(xiàn)全工作流程的自動化。在機(jī)載視頻圖像采集階段：在光電成像系統(tǒng)的前端加裝旋轉(zhuǎn)式帶通濾波片，將光譜信息按照事先制定的定義規(guī)則生成特定的字符代碼，將采集到的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼打包，以一定的視頻格式輸出；在機(jī)載視頻圖像處理階段：對接收到的視頻信號進(jìn)行解包，將視頻信號分解為相應(yīng)的圖像信息和指代光譜信息的字符代碼；按照事先制定的定義規(guī)則對字符代碼進(jìn)行識別，還原其所指代的光譜信息的真實含義，圖像處理模塊選擇對應(yīng)的算法進(jìn)行圖像處理。
【IPC分類】G01J3/28
【公開號】CN105547476
【申請?zhí)枴緾N201510900478
【發(fā)明人】文鵬程, 程岳, 謝建春, 李亞暉, 張磊, 白林亭
【申請人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計算技術(shù)研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月8日