本發(fā)明屬于目標(biāo)關(guān)聯(lián)，更具體地，涉及掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法、設(shè)備及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、利用探測器探測到目標(biāo)后，快速關(guān)聯(lián)目標(biāo)從而得知目標(biāo)數(shù)量與位置，對感知環(huán)境能力至關(guān)重要。探測器探測目標(biāo)時(shí)，由于距離較遠(yuǎn)，所探測到的目標(biāo)往往很小，因此，一般被稱之為弱小目標(biāo)。不同于大目標(biāo)可直接提取特征，并基于所提取的特征完成目標(biāo)檢測及目標(biāo)關(guān)聯(lián)，弱小目標(biāo)由于尺寸小，缺乏足夠的紋理信息，無法進(jìn)行特征提取，這使得弱小目標(biāo)的關(guān)聯(lián)存在較大的難度。

2、對于目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)就是空域-時(shí)域聯(lián)合，融合圖像序列包含的時(shí)序信息，同樣也是目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息，此類方法被稱為tbd(track?before?detect)，主要運(yùn)用在信雜比較低場景，利用目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，篩選軌跡，匹配屬于不同時(shí)刻但屬于同一軌跡的目標(biāo)，可根據(jù)實(shí)際情況為其分配編號(hào)。

3、探測器在實(shí)際探測過程中，分為不同的場景，即凝視場景和掃描場景。凝視場景下，如圖1所示，探測器的視場中心相對固定，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡連續(xù)，可以從圖像序列中累加出明顯且連續(xù)的軌跡，關(guān)聯(lián)較為簡單。針對凝視場景，具有代表性的傳統(tǒng)的tbd算法包括動(dòng)態(tài)規(guī)劃、三維匹配濾波器法、幀間相關(guān)法、最大似然估計(jì)、粒子濾波和多級(jí)假設(shè)檢驗(yàn)法等，能在信雜比較低的場景下達(dá)到良好的關(guān)聯(lián)性能，主要?dú)w功于其不僅僅依賴當(dāng)前幀的空間信息，更融合了前n幀的時(shí)序信息進(jìn)行能量累計(jì)，從而很好地抑制了噪聲等干擾。但同時(shí)受限于待處理數(shù)據(jù)過多，算法較為復(fù)雜，此類方法的實(shí)時(shí)性較差，不利于實(shí)際應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。另一方面，此類方法有效性的前提是準(zhǔn)確地積累連續(xù)多幀中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能量，這就需要克服目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡不穩(wěn)定的問題，包括但不限于目標(biāo)被遮擋，搜索平臺(tái)抖動(dòng)導(dǎo)致的軌跡斷裂等問題，尤其是在機(jī)載平臺(tái)，探測器在搜索模式下往往需要不斷地掃描目標(biāo)區(qū)域，目標(biāo)在相鄰幀間可用的信息微乎其微，尤其是在探測器快速掃描時(shí)，相鄰幀可能不存在重合部分或者只有極少部分重合，此時(shí)關(guān)聯(lián)目標(biāo)旨在探測器下一次掃描到目標(biāo)時(shí)，可以“認(rèn)識(shí)”這個(gè)目標(biāo)并將其與之前檢測到的目標(biāo)相關(guān)聯(lián)，這需要將整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)解耦，這其中便需要融合機(jī)載慣導(dǎo)信息和探測器的硬件信息，如方位角、俯仰角等，進(jìn)而引入整個(gè)系統(tǒng)的誤差，加劇目標(biāo)關(guān)聯(lián)的難度。

4、不同于凝視場景，在探測器掃描場景下，視場中心會(huì)周期性變化，從而目標(biāo)可能短暫出現(xiàn)在視場邊消失，等待探測器下一次轉(zhuǎn)動(dòng)到該目標(biāo)對應(yīng)的角度，這使得對目標(biāo)的探測存在一個(gè)“窗口期”，圖像序列中包含多幀無目標(biāo)信息的圖像，目標(biāo)在圖像中的位置大不相同，缺乏時(shí)序信息。圖2所示為掃描場景，在每一個(gè)掃描周期，目標(biāo)在圖像中的位置都不相同，目標(biāo)無連續(xù)軌跡，且相鄰兩次探測到目標(biāo)存在n幀間隔(取決于掃描的角速度)，探測器在探測到當(dāng)前目標(biāo)時(shí)，很難與之前探測到的目標(biāo)做出關(guān)聯(lián)。目前，在掃描場景下，并沒有有效的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)手段。而由于不同場景下，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性不同，使得針對凝視場景所提出的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法并不能在掃描場景下有效實(shí)現(xiàn)弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法、設(shè)備及系統(tǒng)，其目的在于，基于掃描場景下目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性，提出一種可在掃描場景下有效實(shí)現(xiàn)弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)的方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法，用于關(guān)聯(lián)探測器在掃描場景下探測到的幀圖像序列中的弱小目標(biāo)；方法包括：

3、對當(dāng)前幀圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測，得到各目標(biāo)在圖像中的位置后，轉(zhuǎn)換至地球坐標(biāo)系或地球極坐標(biāo)系下，得到各目標(biāo)的絕對位置；

4、對當(dāng)前幀圖像中的各目標(biāo)的絕對位置與此前檢測到的所有目標(biāo)的絕對位置組成的數(shù)據(jù)集d執(zhí)行基于密度和方向的聚類，將聚類結(jié)果中，屬于同一類別的目標(biāo)確定為有關(guān)聯(lián)性的目標(biāo)；基于密度和方向的聚類包括：

5、步驟s1：初始化類別標(biāo)號(hào)k＝1；

6、步驟s2：依次訪問數(shù)據(jù)集d中未被訪問過的對象，直至數(shù)據(jù)集d中不存在未被訪問的對象，或者當(dāng)前被訪問的對象d0為核心對象；

7、步驟s3：若數(shù)據(jù)集d中不存在未被訪問的對象，則轉(zhuǎn)入步驟s6；若當(dāng)前被訪問的對象d0為核心對象，則將對象d0的e鄰域中對象的類別標(biāo)號(hào)均標(biāo)記為k，并轉(zhuǎn)入步驟s4；

8、步驟s4：對于對象d0的e鄰域中的每一個(gè)核心對象di，將其e鄰域中滿足與間夾角θi<θth的對象dj的類別標(biāo)號(hào)標(biāo)記為k；θth為預(yù)設(shè)角度閾值；

9、步驟s5：按照k＝k+1更新類別標(biāo)號(hào)k后，轉(zhuǎn)入步驟s2；

10、步驟s6：由各類別共同構(gòu)成聚類結(jié)果，聚類結(jié)束。

11、在一些可選的實(shí)施例中，絕對位置為目標(biāo)在地球坐標(biāo)系下的位置；并且，對于任意一個(gè)目標(biāo)，將其在圖像中的位置信息轉(zhuǎn)換至地球坐標(biāo)系下，包括：

12、按照計(jì)算目標(biāo)在載體極坐標(biāo)系下的方位角hb、俯仰角vb和距離ρb，得到目標(biāo)的載體極坐標(biāo)(hb,vb,ρb)；h0、v0和ρ0分別表示探測器視場中心的方位角、俯仰角和距離，α和β分別表示圖像高、寬的視場角，m和n分別表示圖像高、寬的像素?cái)?shù)，δr和δc分別表示目標(biāo)在圖像中的位置相對于圖像中心在高、寬方向的偏移；

13、按照將目標(biāo)從載體極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到載體直角坐標(biāo)系，得到目標(biāo)在載體直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xb＝(xb,yb,zb)；

14、按照將目標(biāo)位置從載體直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系，得到目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xg＝(xg,yg,zg)；為載體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；

15、按照將目標(biāo)位置從地理坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換到地球坐標(biāo)系，得到目標(biāo)在地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xe＝(xe,ye,ze)，并將其作為目標(biāo)的絕對位置；為地理坐標(biāo)系到地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。

16、在一些可選的實(shí)施例中，絕對位置為目標(biāo)在地球極坐標(biāo)系下的位置；并且，對于任意一個(gè)目標(biāo)，將其在圖像中的位置信息轉(zhuǎn)換至地球極坐標(biāo)系下，包括：

17、按照計(jì)算目標(biāo)在載體極坐標(biāo)系下的方位角hb、俯仰角vb和距離ρb，得到目標(biāo)的載體極坐標(biāo)(hb,vb,ρb)；h0、v0和ρ0分別表示探測器視場中心的方位角、俯仰角和距離，α和β分別表示圖像高、寬的視場角，m和n分別表示圖像高、寬的像素?cái)?shù)，δr和δc分別表示目標(biāo)在圖像中的位置相對于圖像中心在高、寬方向的偏移；

18、按照將目標(biāo)從載體極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到載體直角坐標(biāo)系，得到目標(biāo)在載體直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xb＝(xb,yb,zb)；

19、按照將目標(biāo)位置從載體直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)系，得到目標(biāo)在地理坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xg＝(xg,yg,zg)；為載體坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；

20、按照將目標(biāo)位置從地理坐標(biāo)系下轉(zhuǎn)換到地球坐標(biāo)系，得到目標(biāo)在地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)xe＝(xe,ye,ze)；為地理坐標(biāo)系到地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣；

21、將目標(biāo)在地球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至地球極坐標(biāo)系下，作為目標(biāo)的絕對位置。

22、進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法，還包括：得到當(dāng)前幀圖像中各目標(biāo)的絕對位置后，將這些絕對位置緩存到預(yù)設(shè)存儲(chǔ)器中。

23、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序；計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的上述掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法。

24、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，包括存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序；計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的上述掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法。

25、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和處理器；計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序；處理器用于讀取計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)的計(jì)算機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提供的上述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

26、按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種掃描成像探測系統(tǒng)，包括：探測器，以及本發(fā)明提供的上述掃描成像的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)設(shè)備。

27、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，能夠取得以下有益效果：

28、本發(fā)明通過目標(biāo)檢測獲取到各目標(biāo)在當(dāng)前幀圖像中的位置后，將其轉(zhuǎn)換到地球坐標(biāo)系或地球極坐標(biāo)系下，作為目標(biāo)的絕對位置，由此得到的絕對位置是唯一的，并且不受探測器姿態(tài)的影響；進(jìn)一步根據(jù)目標(biāo)和載體在運(yùn)動(dòng)過程中，所做運(yùn)動(dòng)都近乎是直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性，提出了一種基于密度和方向的聚類方法，并基于該聚類方法對當(dāng)前幀圖像中目標(biāo)的絕對位置及此前所檢測到的目標(biāo)的絕對位置進(jìn)行聚類，在關(guān)注數(shù)據(jù)之間的密度可達(dá)性的同時(shí)，也關(guān)注數(shù)據(jù)之間的方向可達(dá)性，確保同一類別中核心對象之間的夾角不超過預(yù)設(shè)的角度閾值，最終可基于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性準(zhǔn)確、有效地實(shí)現(xiàn)掃描場景下的弱小目標(biāo)關(guān)聯(lián)。