本發(fā)明屬于圖像處理與航空航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于遙感平臺的空中動目標序列圖像仿真方法。

背景技術(shù)：

遙感圖像仿真是一種利用計算機模擬生成真實可見光場景圖像的技術(shù)。由于被廣泛的應(yīng)用于國防、軍事及航天航空等領(lǐng)域，所以受到了越來越多國內(nèi)外人員的重視。隨著計算機硬件的不斷更新和計算機圖形學的發(fā)展，利用計算機模擬生成可見光場景圖像，已經(jīng)成為了原始圖像獲得的一個重要渠道。利用計算機模擬生成的可見光場景圖像，可以作為可見光成像制導等仿真系統(tǒng)的原始圖像輸入，從而可以降低這些系統(tǒng)的研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期，提高研發(fā)效率。但遙感圖像中包含動目標的真實序列圖像很難獲得，如何得到近似真實場景的帶動目標的遙感序列圖像，是迫切需要解決的問題。

為了能在遙感圖像中檢測提取出空中動目標，從而進行空中動目標跟蹤或識別等一系列操作，所以我們對帶目標軌跡的序列圖進行仿真。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于遙感平臺的空中動目標序列圖像仿真方法，該方法為遙感圖像動目標檢測技術(shù)提供了大量近似真實的序列圖像，使提取出的動目標特性更加真實。

實現(xiàn)本發(fā)明的具體步驟如下：

步驟一：生成一張純黑底圖；在所述純黑底圖中添加已設(shè)的目標軌跡，將目標軌跡的初始點作為當前點M_g；

步驟二：利用拍攝的真實可見光目標圖像制備動目標模板，選定一副真實拍攝的背景圖像，其中，除動目標本身外，動目標模板的其余部分的灰度值均為0；

步驟三：在目標軌跡中選取與當前點M_g距離V1的點，記為點M_g+1，計算點M_g+1處的航向角；其中，V1為根據(jù)相機成像幀頻確定的幀間移動距離；將動目標模板放置在純黑底圖的點M_g+1處，并旋轉(zhuǎn)至與點M_g+1處的航向角一致后保存；

本步驟中計算點M_g+1處的航向角的步驟為：利用最小二乘擬合，獲得點M_g+1處的擬合直線，利用擬合直線的斜率，通過反三角函數(shù)獲得擬合直線與水平線的夾角α，α作為航向角；

步驟四：利用降采樣方法，將所選的背景圖像與步驟四旋轉(zhuǎn)后的動目標模板均降采樣到仿真所需分辨率；將保存好的動目標模板的中心點放置到背景圖像中的點M_g+1位置處；對于動目標模板中的灰度值大于0的像素，用動目標模板的灰度值替換背景圖像對應(yīng)像素的灰度值，對于動目標模板中的灰度值等于0的像素，背景圖像對應(yīng)像素的灰度值不變，從而合成一張仿真圖；

步驟五：根據(jù)遙感平臺的振動特性，對合成的仿真圖添加隨機晃動量；

步驟六：將點M_g+1的位置作為當前點M_g，重復步驟三-六直到目標軌跡遍歷完，獲得遙感平臺的空中動目標的仿真圖序列。

有益效果：

1)本發(fā)明采用背景與動目標相疊加，利用真實背景圖像與真實目標，基于已設(shè)的目標軌跡，利用最小二乘估計原理，將真實目標疊加到真實背景圖中，生成帶動目標序列圖，能夠解決動目標遙感序列真實圖像難以獲得的難題；

2)本發(fā)明提出利用真實拍攝背景圖與真實目標進行模板制備，并考慮了相機成像過程中存在隨機晃動的因素，使仿真生成的序列圖像更加具有真實性，為空中動目標檢測跟蹤技術(shù)研究提供了真實有利的研究基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明總體流程圖；

圖2是設(shè)定的目標運動軌跡圖；

圖3是高分辨率飛機目標模板；

圖4是在實拍背景圖中添加目標后的合成圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明提供了一種基于遙感平臺的空中動目標序列圖像仿真方法，為捕獲到空中動目標，我們需要相機較短時間內(nèi)連續(xù)成多幀圖像，來體現(xiàn)目標的運動特性。本發(fā)明總體流程圖如圖1所示。下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

步驟一：利用仿真軟件生成一張長和寬分別為m*n純黑底圖；在所述純黑底圖中添加已設(shè)的目標軌跡，將目標軌跡的初始點作為當前點M_g；

生成一張灰度值全為0的純黑圖，純黑圖的大小與所要仿真的序列圖大小相等。

如圖2中所示，曲線為設(shè)定好的目標運動軌跡，運動軌跡灰度值設(shè)為1，箭頭所指方向為目標運動方向。運動軌跡可根據(jù)實際需求自行設(shè)定，可直線可曲線，考慮飛機實際飛行情況，本發(fā)明實驗中設(shè)定的飛行軌跡有輕微弧度。

步驟二：利用拍攝的真實可見光目標圖像制備動目標模板，選定一副真實拍攝的背景圖像，其中，除動目標本身外，動目標模板的其余部分的灰度值均為0；

從Googleearth最高分辨率場景下截取各類型飛機，將截取的飛機切片(飛機目標在切片中為垂直或水平放置，本發(fā)明中目標模板為垂直放置，如圖3所示)進行模板制備，除飛機目標本身外，切片其余位置均置0，可見光目標模板制備完畢。本發(fā)明中制備的飛機模板均為能獲得的最高分辨率，添加到不同分辨率背景時，需進行相應(yīng)的降采樣。

步驟三：目標軌跡中選取與當前點M_g距離V1的點，記為點M_g+1，計算點M_g+1處的航向角；其中，V1為根據(jù)相機成像幀頻確定的幀間移動距離；將動目標模板放置在純黑底圖的點M_g+1處，并旋轉(zhuǎn)至與點M_g+1處的航向角一致后保存；

本步驟中計算點M_g+1處的航向角的步驟為：利用最小二乘擬合，獲得點M_g+1處的擬合直線，利用擬合直線的斜率，通過反三角函數(shù)獲得擬合直線與水平線的夾角α，α作為航向角；

步驟四：利用降采樣方法，將所選的背景圖像與步驟四旋轉(zhuǎn)后的動目標模板均降采樣到仿真所需分辨率；將保存好的動目標模板的中心點放置到背景圖像中的點M_g+1位置處；對于動目標模板中的灰度值大于0的像素，用動目標模板的灰度值替換背景圖像對應(yīng)像素的灰度值，對于動目標模板中的灰度值等于0的像素，背景圖像對應(yīng)像素的灰度值不變，從而合成一張仿真圖；

步驟五：根據(jù)遙感平臺的振動特性，對合成的仿真圖添加隨機晃動量；

遙感相機實際工作過程中不可能是理想情況，由于衛(wèi)星震顫導致相機成像過程中圖像會存在一定范圍的晃動，將對目標檢測及跟蹤存在一定影響。為了使仿真圖像更加接近真實效果，在目標模板與背景圖像合成后，以圖像中心點(xx，yy)為基準點，以(xx+dx，yy+dy)為中心在圖中截取m*n大小的圖像，該圖即為綜合考慮了實際因素(本發(fā)明中未添加噪聲影響因素，因為背景圖為實拍圖，已有噪聲因素)后的第一幀序列圖，xx、yy、m和n均為正實數(shù)。

dx為由于衛(wèi)星震顫導致的所成圖像行方向的晃動量，dy為由于衛(wèi)星震顫導致的列方向的晃動量，衛(wèi)星震顫所導致的圖像行列方向的晃動是隨機的，因此，本發(fā)明中晃動量在平臺穩(wěn)定性范圍內(nèi)隨機選取。

步驟六：將點M_g+1的位置作為當前點M_g，重復步驟三-六直到目標軌跡遍歷完，獲得遙感平臺的空中動目標的仿真圖序列?？梢赃M行飛機目標的檢測與跟蹤等功能可行性的分析。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。