多光谱广域全景光电雷达系统及其探测方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911375613.2 (22)申请日 2019.12.27 (71)申请人 湖南傲英创视信息科技有限公司 地址 412007 湖南省株洲市天元区仙月环 路899号新马动力创新园动力谷6期 F17-01 (72)发明人 吴海根陈小天尹江明黄营磊 邱程 (74)专利代理机构 长沙朕扬知识产权代理事务 所(普通合伙) 43213 代理人 何湘玲 (51)Int.Cl. G01S 17/58(2006.01) G01S 17/89(2020.01) G01V 8/10(2006.。

2、01) (54)发明名称 一种多光谱广域全景光电雷达系统及其探 测方法 (57)摘要 本发明涉及光电探测技术领域， 尤其涉及一 种多光谱广域全景光电雷达系统及其探测方法， 以提高光电探测时的分辨率、 扩大探测视角并降 低探测成本； 该多光谱广域全景光电雷达系统， 包括： 红外探测器、 可见光探测器、 用于架设红外 探测器和可见光探测器的架设机构、 与架设机构 连接的用于驱动架设机构进行步进运动的驱动 机构、 与驱动机构连接的用于控制驱动机构开启 或停止工作的控制器、 和分别与红外探测器和可 见光探测器连接的处理器； 红外探测器和可见光 探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所 述架设机构上。 。

3、权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 111077533 A 2020.04.28 CN 111077533 A 1.一种多光谱广域全景光电雷达系统， 其特征在于， 包括： 红外探测器、 可见光探测器、 用于架设所述红外探测器和所述可见光探测器的架设机 构、 与所述架设机构连接的用于驱动所述架设机构进行步进运动的驱动机构、 与所述驱动 机构连接的用于控制所述驱动机构开启或停止工作的控制器、 和分别与所述红外探测器和 所述可见光探测器连接的处理器； 所述红外探测器和所述可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设 机构上。 2.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达系统， 其特。

4、征在于， 所述驱动机构包 括直驱马达电机， 所述直驱马达电机按照设定的分度进行步进运动。 3.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达系统， 其特征在于， 所述设定的分度 包括9度分度。 4.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达系统， 其特征在于， 还包括采集板和 与所述采集板连接的光线滑环， 所述采集板分别与所述红外探测器和所述可见光探测器连 接， 所述光线滑环的另一端连接所述处理器。 5.根据权利要求1所述的多光谱广域全景光电雷达系统， 其特征在于， 还包括套设于所 述红外探测器和所述可见光探测器外层的视窗盖板。 6.一种应用于上述权利要求1-5任一所述的多光谱广域全景光电雷达系统。

5、的探测方 法， 其特征在于， 包括以下步骤： 控制器产生运动曲线信息， 将所述运动曲线信息发送至驱动机构； 驱动机构根据运动曲线信息驱动红外探测器和可见光探测器做间歇性的往返运动； 红外探测器间歇运动获取红外图像信息并将所述红外图像信息传输至处理器， 可见光 探测器获取可见光图像信息并将所述可见光图像信息传输至处理器； 处理器根据所述红外图像信息和所述可见光图像信息进行融合拼接处理以生成全景 图。 7.根据权利要求6所述的探测方法， 其特征在于， 所述驱动机构带动所述若干个红外探 测器根据设定的分度做间歇性的往返运动的过程中， 形成若干个凝视视场， 该凝视视场的 个数根据设定的分度和360度计。

6、算得到。 8.根据权利要求6所述的探测方法， 其特征在于， 所述信息处理器根据红外图像信息和 所述可见光图像信息生成全景图包括： 采用线性拉伸法对红外图像信息和可见光图像信息分别进行预处理得到每个凝视视 场的初始图像； 对每个所述初始图像进行拼接， 然后将根据红外图像信息的拼接结果和根据可见光图 像信息的拼接结果进行融合以得到全景图； 获取相邻时刻的两幅全景图， 根据两幅全景图的图像帧做差值计算以获取目标的运动 轨迹。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111077533 A 2 一种多光谱广域全景光电雷达系统及其探测方法 技术领域 0001 本发明涉及光电探测技术领域， 尤其涉及一种多光谱广。

7、域全景光电雷达系统及其 探测方法。 背景技术 0002 可见光探测器由于价格低、 分辨率高而广泛应用于安防系统中， 但由于其工作于 可见光波段使其无法用于夜间监视和能见度不佳的场景。 而红外探测器可以实现昼夜24小 时的有效探测， 其工作波段使其透雾性能优于可见光探测器， 但红外探测器分辨率低， 没有 颜色信息， 在白天高温情况下难以探测与周围环境温度相近的目标。 为使监控系统在24小 时内均具有好的探测效果， 采用制冷红外探测器是手段之一。 而要实现广域监视， 一般采用 多探测器拼接、 运动消旋等技术。 由于制冷红外探测器价格高昂， 消旋的机械结构和控制算 法复杂等原因， 使得上述技术实现的。

8、产品技术难度大价格昂贵， 产品很难在民用市场上得 到推广应用。 发明内容 0003 本发明目的在于提供一种多光谱广域全景光电雷达系统， 以提高光电探测时的分 辨率、 扩大探测视角并降低探测成本。 0004 为实现上述目的， 本发明提供了一种多光谱广域全景光电雷达系统， 包括： 0005 红外探测器、 可见光探测器、 用于架设所述红外探测器和所述可见光探测器的架 设机构、 与所述架设机构连接的用于驱动所述架设机构进行步进运动的驱动机构、 与所述 驱动机构连接的用于控制所述驱动机构开启或停止工作的控制器、 和分别与所述红外探测 器和所述可见光探测器连接的处理器； 0006 所述红外探测器和所述可见。

9、光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述 架设机构上。 0007 优选地， 所述驱动机构包括直驱马达电机， 所述直驱马达电机按照设定分度进行 步进运动。 0008 优选地， 所述设定分度包括9度分度。 0009 优选地， 还包括采集板和与所述采集板连接的光线滑环， 所述采集板分别与所述 红外探测器和所述可见光探测器连接， 所述光线滑环的另一端连接所述处理器。 0010 优选地， 还包括套设于所述红外探测器和所述可见光探测器外层的视窗盖板。 0011 作为一个总的发明构思， 本发明还提供一种应用于上述多光谱广域全景光电雷达 系统的探测方法， 包括以下步骤： 0012 控制器产生运动曲线信息，。

10、 将所述运动曲线信息发送至驱动机构； 0013 驱动机构根据运动曲线信息驱动红外探测器和可见光探测器做间歇性的往返运 动； 0014 红外探测器间歇运动获取红外图像信息并将所述红外图像信息传输至处理器， 可 说明书 1/5 页 3 CN 111077533 A 3 见光探测器获取可见光图像信息并将所述可见光图像信息传输至处理器； 0015 处理器根据所述红外图像信息和所述可见光图像信息进行融合拼接处理以生成 全景图。 0016 优选地， 所述驱动机构带动所述若干个红外探测器根据设定的分度做间歇性的往 返运动的过程中， 形成若干个凝视视场， 该凝视视场的个数根据设定的分度和360度计算得 到。 。

11、0017 优选地， 所述信息处理器根据红外图像信息和所述可见光图像信息生成全景图包 括： 0018 采用线性拉伸法对红外图像信息和可见光图像信息分别进行预处理得到每个凝 视视场的初始图像； 0019 对每个所述初始图像进行拼接， 然后将根据红外图像信息的拼接结果和根据可见 光图像信息的拼接结果进行融合以得到全景图； 0020 获取相邻时刻的两幅全景图， 根据两幅全景图的图像帧做差值计算以获取目标的 运动轨迹。 0021 本发明具有以下有益效果： 0022 本发明提供的一种多光谱广域全景光电雷达系统及其探测方法， 结合红外探测器 和可见光探测器进行探测， 且将红外探测器和可见光探测器按照设定的分。

12、度间隔水平连接 固定在所述架设机构上， 进一步通过驱动机构驱动架设机构进行步进运动， 可以实现水平 360度成像以及任意分割多扇区成像， 且可以融合可见光探测器的分辨率高和红外探测器 的探测效果好的优点， 提高了光电探测时的分辨率， 扩大了探测视角并且降低了探测成本。 0023 下面将参照附图， 对本发明作进一步详细的说明。 附图说明 0024 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解， 本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明， 并不构成对本发明的不当限定。 在附图中： 0025 图1是本发明优选实施例的多光谱广域全景光电雷达系统的硬件结构示意图； 0026 图2是本发明优选。

13、实施例的多光谱广域全景光电雷达系统的结构示意图； 0027 图3是本发明优选实施例的多光谱广域全景光电雷达系统的探测方法流程图。 0028 附图标记： 0029 1、 红外探测器； 2、 可见光探测器； 3、 视窗盖板。 具体实施方式 0030 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明， 但是本发明可以由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。 0031 需要说明的是， 为满足对于高帧频、 高分辨率图像的实时处理需求， 本实施例选用 TI最新一代8核1.25G浮点型DSP作为处理器， 计算能力高达160GFLOPS； 为满足广域搜索和 监测功能， 通过选用具备强大的运算能力和并行处理能力的GP。

14、U模块TX2， 辅助DSP完成各 项指标要求； 对于FPGA的选型， 主要考虑板卡高速串行信号的要求， SRIO、 PCIe接口的总线 速度需要达到5Gbps， 同时需要兼顾内部丰富的逻辑资源和BUFG资源， 满足多个接口的逻辑 说明书 2/5 页 4 CN 111077533 A 4 转换和时钟管理， 综合上述要求， 选型为Xilinx公司K7系列， 其具备上述要求的资源和速 率， 同时功耗较低。 0032 实施例1 0033 如图1所示， 本实施例提供一种多光谱广域全景光电雷达系统， 包括： 0034 红外探测器、 可见光探测器、 用于架设红外探测器和可见光探测器的架设机构、 与 架设机构。

15、连接的用于驱动架设机构进行步进运动的驱动机构、 与驱动机构连接的用于控制 驱动机构开启或停止工作的控制器、 和分别与红外探测器和可见光探测器连接的处理器； 0035 红外探测器和可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构 上。 0036 上述的多光谱广域全景光电雷达系统， 结合红外探测器和可见光探测器进行探 测， 且将红外探测器和可见光探测器按照设定的分度间隔水平连接固定在所述架设机构 上， 进一步通过驱动机构驱动架设机构进行步进运动， 可以实现水平360度成像以及任意分 割多扇区成像， 提高了光电探测时的分辨率， 扩大了探测视角并且降低了探测成本。 作为本 实施例优选的实施方式。

16、， 驱动机构包括直驱马达电机， 直驱马达电机按照设定分度进行步 进运动。 本实施例中， 设定分度包括9度分度。 0037 需要说明的是， 如图2所示， 红外探测器1的个数和可见光探测器2的个数根据使用 场景不同可以进行调整， 在具体使用时， 将红外探测器的视场和可将光探测器的视场都视 为一个扇区， 如图2所示， 若红外探测器的视场或者可将光探测器的视场为90度， 则该器件 对应的扇区为90度。 作为可变换的实施方式， 由于不同型号的器件的视场不同， 所以其扇区 也会随着视场的不同而改变， 例如， 还可以为180度或者其他的度数， 在进行两者的安装连 接时， 只需满足其扇区在运动过程中能满足36。

17、0度即可。 本实施例中， 以使用一个红外探测 器和一个可见光探测器为例进行说明。 具体地， 将该红外探测器和可见光探测器按照任意 多扇区的定义的分度间隔水平连接固定， 并且使用直驱马达电机按照9度分度进行步进运 动(即每隔9度进行一次停止拍照)， 每运动一个周期便可形成一帧全景图像， 最高帧频可达 2Hz， 360度帧频达0.25Hz。 0038 作为可变换的实施方式， 根据使用场景的不同， 还可以在一定程度上调整分度的 具体度数。 作为本实施例优选的实施方式， 还包括采集板和与采集板连接的光线滑环， 采集 板分别与红外探测器和可见光探测器连接， 光线滑环的另一端连接处理器。 本实施例中， 采。

18、 集板将红外探测器和可见光探测器的图像采集后转换为光信号， 经过光纤滑环传递给处理 器， 处理器中的FPGA、 TX2、 DSP完成图像的显示预处理及动目标探测， 同时处理器接收来自 上位机的控制命令， 生成直驱马达电机的控制信号发送给直驱马达电机控制器， 驱动直驱 马达电机进行步进运动。 且本实施例中， 通过光纤滑环进行信息传输， 可以提升传输的速 度。 0039 作为本实施例优选的实施方式， 还包括套设于红外探测器和可见光探测器外层的 视窗盖板3。 通过视窗盖板， 可以保护红外探测器和可见光探测器不受外界环境的摩擦， 进 一步提升系统的使用寿命。 0040 上述的多光谱广域全景光电雷达系统。

19、将不同波段的多种类型摄像头拼接、 融合与 步进凝视技术相结合， 在使用1个红外探测器和1个可见光探测器的情况下可以实现40个红 外探测器和40个可见光探测器拼接的效果， 可以实现水平360度成像以及任意分割多扇区 说明书 3/5 页 5 CN 111077533 A 5 成像， 对人的探测距离可达1000米， 对车辆的探测距离可达2000米。 可以广泛应用于军营、 监狱、 发电站、 机场、 港口、 水坝、 水处理站、 太阳能发电场、 风电场、 油田、 油库、 弹药库、 数据 中心等敏感区域的保护。 0041 且值得强调的是， 该系统采用不同波段的多种类型摄像头拼接、 融合与步进凝视 技术相结合。

20、有效提高了目标特性在检测识别中的效果， 改善了白天高温情况下与环境温度 相近目标的检测效果， 采用2464*2056高分辨率可见光数据， 目标细节更加细腻。 该系统采 用高性能FPGA+GPU+DSP异构处理主板， 可实现1路BAYER(2464*2056高分辨率可见光数据) 和1路红外图像(640*512分辨率)的同时拼接、 检测、 识别。 相对于采用单个或多个探测器方 案及光学消旋方案， 本发明在保证系统性能指标的同时， 降低了结构和控制复杂度， 降低了 产品的生产成本。 0042 实施例2 0043 如图3所示， 与上述实施例1相对应地， 本实施例提供一种应用于上述多光谱广域 全景光电雷。

21、达系统的探测方法， 包括以下步骤： 0044 控制器产生运动曲线信息， 将运动曲线信息发送至驱动机构； 0045 驱动机构根据运动曲线信息驱动红外探测器和可见光探测器做间歇性的往返运 动； 0046 红外探测器间歇运动获取红外图像信息并将红外图像信息传输至处理器， 可见光 探测器获取可见光图像信息并将可见光图像信息传输至处理器； 0047 处理器根据红外图像信息和可见光图像信息进行融合拼接处理以生成全景图。 0048 优选地， 驱动机构带动若干个红外探测器根据设定的分度做间歇性的往返运动的 过程中， 形成若干个凝视视场， 该凝视视场的个数根据设定的分度和360度计算得到。 0049 优选地， 。

22、信息处理器根据红外图像信息和可见光图像信息生成全景图包括： 0050 采用线性拉伸法对红外图像信息和可见光图像信息分别进行预处理得到每个凝 视视场的初始图像； 0051 对每个初始图像进行拼接， 然后将根据红外图像信息的拼接结果和根据可见光图 像信息的拼接结果进行融合以得到全景图； 0052 获取相邻时刻的两幅全景图， 根据两幅全景图的图像帧做差值计算以获取目标的 运动轨迹。 0053 作为本实施例优选的实施方式， 线性拉伸具体包括以下步骤， 此处， 以拉升红外图 像信息为例进行说明， 其中， 对可见光图像信息进行拉伸的原理与其一致， 此处， 不多做赘 述。 0054 红外探测器将凝视视场获得。

23、的红外图像信息采用采用线性拉伸法进行处理， 将采 集16位的数字图像， 转换为8位的数字图像， 以实现正常显示， 本实施例中的拉伸算法如下: 0055 0056 其中， P为拉伸后的图像像素值， p为原始图像像素值， 为原始图像均值， 为原始 图像的均方差， 为拉伸系数。 0057 然后， 采用自适应直方图均衡算法(CLAHE)增强图像的局部对比度而不影响整体 对比度， 可以使亮度更好地分布在直方图上， 然后进行图像旋转、 拼接缝线性过度、 白边校 说明书 4/5 页 6 CN 111077533 A 6 正等处理得到最后地全景图， 能有效解决拼缝过度不均匀、 全景图背景明暗不均等问题。 00。

24、58 需要说明的是， 在进行目标的光电探测时， 远处小目标与噪声特性相当， 若目标较 小， 容易和背景或者远处的噪声进行混淆， 因此， 本实施例中通过获取相邻帧的两个全景 图， 对同一个凝视视场在该两个全景图中的位置做差值计算进行轨迹关联， 可以精确地确 定待测目标的运动轨迹， 较小噪声带来的影响， 提高检测概率， 能有效区分噪声和符合人、 车运动特性的关联目标， 有效提升了整个平台的目标探测性能。 0059 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的技 术人员来说， 本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111077533 A 7 图1 图2 说明书附图 1/2 页 8 CN 111077533 A 8 图3 说明书附图 2/2 页 9 CN 111077533 A 9 。