一种日盲紫外羽烟检测方法及告警系统

摘要

本发明公开了一种日盲紫外羽烟检测方法及告警系统，系统包括：探测器组，包括若干布置于机体四周的日盲紫外探测器，探测日盲紫外波段信号；处理模块，接收日盲紫外波段信号并处理：对单帧图像进行背景噪声抑制处理，得到目标疑似区域；在目标疑似区域内根据多帧图像间运动连续性判断并分析图像序列，检测运动目标，作为候选目标进行跟踪；将三维坐标转换为候选目标相对于机体的方向，方向差距在阈值内的视为同一目标。本发明利用空间处理和时间处理手段，筛选并跟踪疑似目标，且由于不受太阳等背景噪声的影响，大大降低了告警的虚警率，告警系统除单独使用外，还可以与其它告警系统组合使用，进一步提升整个告警系统的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及导弹告警领域，特别涉及一种日盲紫外羽烟检测方法及告警系统。

背景技术

太阳辐射中，紫外线辐射占太阳总辐射量的10％左右，是地球紫外辐射的主要来源。但由于大气平流层中的臭氧对240nm～280nm波段的紫外辐射有强烈的吸收作用，因而太阳辐射中240nm～280nm波段的紫外成分在近地大气中几乎不存在，这一区域被称为日盲区或日盲波段。现有技术中已经有相关检测手段，如授权公告号CN101533868B一种异质pn结型日盲紫外探测器，公开号CN209356666U一种基于日盲紫外定焦成像系统的海上搜寻定向系统。

导弹羽烟的辐射光谱中包含日盲波段的紫外辐射，日盲紫外羽烟检测报警系统能够探测到日盲紫外辐射信号。如果在飞机等上安装日盲紫外羽烟检测报警系统，当导弹来袭飞机时，报警系统可以在导弹距离飞机数公里之外探测到导弹尾焰中的日盲辐射信号，根据图像在探测器上的位置，即可提前获得导弹的方位信息，以便飞机开展自卫防护动作。

现有导弹告警系统中，主要包含雷达告警、激光告警、红外告警以及日盲紫外告警等。雷达告警通过发射电磁波来探测来袭的导弹，能够全天候工作，缺点是体积重量较大，雷达散射截面较小的小型导弹，不易被探测到。激光告警及时准确地探测敌方发射的激光信号，确定其入射方向，发出警报，主要用于激光制导导弹，对红外制导导弹等无法告警。红外告警通过探测导弹的红外信号实现告警功能，对任何方式制导的来袭导弹均有效。然而，由于自然界任何物体都能发出红外辐射，特别是太阳背景的红外信号也会被红外告警系统接收，将太阳等目标误认为是导弹目标，增加了红外告警系统的虚警率。因此现在急需一种可靠且误报率低的日盲紫外羽烟检测告警系统。

发明内容

针对现有技术误报率高的问题，本发明提供了一种日盲紫外羽烟检测方法及告警系统，工作在日盲波段，消除了太阳的辐射干扰，对任何方式制导的来袭导弹均有效，相对于红外告警，具有抗干扰、虚警率低等优点。

以下是本发明的技术方案。

一种日盲紫外羽烟检测方法，包括以下步骤：对单帧图像进行背景噪声抑制处理，得到目标疑似区域；在目标疑似区域内根据多帧图像间运动连续性判断并分析图像序列，检测运动目标，作为候选目标进行跟踪；将三维坐标转换为候选目标相对于机体的方向，方向差距在阈值内的视为同一目标。

导弹预警属于点目标探测和跟踪过程，点目标图像呈现为几个像素的特征，目标图像携带的信息量少，无法反映几何轮廓特征，限制了空间滤波或图像识别等一些技术的应用，给图像的检测带来了很大的困难。多帧累积点目标成像，可以提高信噪比，但直接积累多帧点目标场景图像，在实时检测当中受限。所以将目标单帧内的空间处理和多帧间的时间处理相结合检测点目标图像。检测准确率较高，误报率低。

作为优选，所述对单帧图像进行背景噪声抑制处理的过程包括：进行图像畸变矫正、高通滤波、自适应门限处理和图像区域聚类中的一种或几种处理方法。

作为优选，所述得到目标疑似区域的过程包括：将背景噪声抑制处理后的单帧图像中特征值大于阈值的区域设为目标疑似区域；单帧图像中目标疑似区域不限数量。

作为优选，所述检测运动目标的过程包括：对连续的相邻单帧图像中除目标疑似区域以外的部分进行对比，若相邻单帧图像的该部分特征可以通过整体缩放或平移达到相似度阈值，则判断为背景环境，否则报错；将相邻单帧图像目标疑似区域进行相同的缩放或平移，如达不到相似度阈值，则判断为运动目标，否则报错。由于检测到的信号可能包括了环境中的物体，但由于环境是相对静止的，因此相邻图像之间一定是相同或相似的，因此可以相互通过平移或缩放得到，以此判断是否为背景环境；而导弹相对环境高速运动，因此将其赋予和环境一致的变化属性或速度后一定不会得到相似结果，以此判断导弹目标。

作为另一种可选方案，所述检测运动目标的过程包括：对连续的单帧图像中目标疑似区域进行判断，是否存在闪烁特性以及恒方位特性，满足两种条件，则为运动目标。其中闪烁特性以及恒方位特性的判断，可以通过将图像中的信号转换成坐标之后，根据其在时间上的特性可以清楚地得到。

作为优选，所述机体的方向通过方位角和俯仰角表示，多目标的方位角和俯仰角差距同时在阈值范围内则视为同一目标。目前对于目标指示系统来说，方位角和俯仰角是较为常用的指标。

一种日盲紫外羽烟检测告警系统，包括：探测器组，包括若干布置于机体四周的日盲紫外探测器，探测日盲紫外波段信号；处理模块，接收日盲紫外波段信号并处理：对单帧图像进行背景噪声抑制处理，得到目标疑似区域；在目标疑似区域内根据多帧图像间运动连续性判断并分析图像序列，检测运动目标，作为候选目标进行跟踪；将三维坐标转换为候选目标相对于机体的方向，方向差距在阈值内的视为同一目标。

作为优选，所述探测器组包括位于机体左前、右前、左后、右后以及下侧的日盲紫外探测器。探测器在适当范围内可多可少，如该优选方案采用5个探测视场大于92°×92°的日盲紫外探测器，可以覆盖达到不小于360°×92°的探测范围要求。

本发明的实质性效果包括：利用空间处理和时间处理手段，筛选并跟踪疑似目标，且由于不受太阳等背景噪声的影响，大大降低了告警的虚警率，告警系统除单独使用外，还可以与其它告警系统组合使用，进一步提升整个告警系统的性能。

附图说明

图1是本发明实施例的日盲紫外探测器布置图；

图2是本发明实施例的日盲紫外探测器示意图；

图3是本发明实施例的处理模块框架图；

图4是本发明实施例的外壳内部结构图；

图中包括：1-探测器主体、2-外壳、3-处理板和4-弧形减振架。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本申请的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

实施例：

一种日盲紫外羽烟检测方法及告警系统，系统包括：探测器组，包括若干布置于机体四周的日盲紫外探测器，探测日盲紫外波段信号；处理模块，接收日盲紫外波段信号并处理：对单帧图像进行背景噪声抑制处理，得到目标疑似区域；在目标疑似区域内根据多帧图像间运动连续性判断并分析图像序列，检测运动目标，作为候选目标进行跟踪；将三维坐标转换为候选目标相对于机体的方向，方向差距在阈值内的视为同一目标。

如图1所示，探测器组包括位于机体左前、右前、左后、右后以及下侧的日盲紫外探测器，其中阴影部分表示盲区。本实施例采用5个探测视场大于92°×92°的日盲紫外探测器，可以覆盖达到不小于360°×92°的探测范围要求。

如图2所示，是本实施例的日盲紫外探测器结构，包括了探测器主体1、外壳2以及处理板3，其中探测器主体包括一固定焦距镜头，处理板为处理模块物理载体，外壳与机体连接。

如图3所示，处理模块采用FPGA+DSP核心架构，其中FPGA用于并行数据的高速处理，DSP用于完成通用功能处理。主要包括了光收发模块、FPGA、DSP、UART转RS422和电源管理等组成部分。其中光收发模块负责完成来自探测器主体光信号的接收，接收完成后传送收发器进行处理。由于电路技术已经非常成熟，本领域技术人员具备自行布局的能力，上述具体电路结构不再展开。

如图4所示是实施例的外壳内部结构图，外壳内两侧设有弧形减振架4和滑动件，处理板两端连接滑动件，滑动件设置于弧形减振架的滑轨。

本实施例将处理板置于外壳内，外壳产生的振动需通过弧形减振架和滑动件传递到处理板，由于弧形减振架的存在，处理板和滑动件上下振动幅度越大，横向空间越小，弧形减振架本身具有的弹性一方面吸收振动另一方面增加滑轨与滑动件的压力，滑轨与滑动件压力增加导致运动阻力增加，因此进一步减振，最终有效保护处理板，减少振动受损几率，提高使用寿命。

滑动件包括底座和滑动轴，滑动轴一端连接处理板，另一端设置于底座内的滑槽，底座连接弧形减振架的滑轨。滑槽底部设有弹簧，弹簧连接滑轨端部。滑动轴和滑槽提供了一定的摩擦力同时又有足够活动空间，使得减振效果提高。增加了水平方向的势能增减空间，有利于减少振动。

弧形减振架的端部还连接有弹性牵引绳，弹性牵引绳另一端连接滑动件，弹性牵引绳为拉伸状态。弹性牵引绳在竖直方向上提供了势能的转换空间，进一步减少振动传递。

本实施例的一种日盲紫外羽烟检测方法包括以下步骤：对单帧图像进行背景噪声抑制处理，得到目标疑似区域；在目标疑似区域内根据多帧图像间运动连续性判断并分析图像序列，检测运动目标，作为候选目标进行跟踪；将三维坐标转换为候选目标相对于机体的方向，方向差距在阈值内的视为同一目标。

其中对单帧图像进行背景噪声抑制处理的过程包括：进行图像畸变矫正、高通滤波、自适应门限处理和图像区域聚类中的一种或几种处理方法。

其中得到目标疑似区域的过程包括：将背景噪声抑制处理后的单帧图像中特征值大于阈值的区域设为目标疑似区域；单帧图像中目标疑似区域不限数量。

本实施例检测运动目标的过程包括：对连续的相邻单帧图像中除目标疑似区域以外的部分进行对比，若相邻单帧图像的该部分特征可以通过整体缩放或平移达到相似度阈值，则判断为背景环境，否则报错；将相邻单帧图像目标疑似区域进行相同的缩放或平移，如达不到相似度阈值，则判断为运动目标，否则报错。由于检测到的信号可能包括了环境中的物体，但由于环境是相对静止的，因此相邻图像之间一定是相同或相似的，因此可以相互通过平移或缩放得到，以此判断是否为背景环境；而导弹相对环境高速运动，因此将其赋予和环境一致的变化属性或速度后一定不会得到相似结果，以此判断导弹目标。

其中机体的方向通过方位角和俯仰角表示，多目标的方位角和俯仰角差距同时在阈值范围内则视为同一目标。目前对于目标指示系统来说，方位角和俯仰角是较为常用的指标。

本实施例的方位计算包括以下过程：

令机体坐标系到传感器的变换矩阵为R，机体坐标系为(x

传感器坐标系到图像坐标系进行了透视投影，令f是传感器光学系统的焦距，图像坐标系为(x,y,z)。从传感器到图像的坐标转换如下：

从图像坐标系到像素坐标系进行了离散化处理，令像素坐标系为(u,v)，则图像坐标到像素坐标的转换如下：

令

导弹预警属于点目标探测和跟踪过程，点目标图像呈现为几个像素的特征，目标图像携带的信息量少，无法反映几何轮廓特征，限制了空间滤波或图像识别等一些技术的应用，给图像的检测带来了很大的困难。多帧累积点目标成像，可以提高信噪比，但直接积累多帧点目标场景图像，在实时检测当中受限。所以将目标单帧内的空间处理和多帧间的时间处理相结合检测点目标图像。检测准确率较高，误报率低。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的关于结构的实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个结构，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。