基於單像素成像體制的制導信息提取方法研究

《基於單像素成像體制的制導信息提取方法研究》是依託西安電子科技大學，由馮冬竹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於單像素成像體制的制導信息提取方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：馮冬竹
• 依託單位：西安電子科技大學

中文摘要

精確制導能確保飛行器在複雜戰場環境中精確命中目標乃至要害部位，其核心是精確導引和控制，而制導信息是導引系統給控制系統的指令，是實現精確制導的關鍵。因此本項目針對紅外成像制導領域亟待解決的制導信息提取問題，研究單像素成像體制下的制導信息提取方法。研究紅外圖像的稀疏表示與觀測矩陣，設計快速採樣策略，採集含目標重要信息的稀疏信號；從採樣的少量信號中以信號分析的角度進行目標識別與制導信息提取。這種採樣稀疏信號－提取有用信息的方式突破了焦平面成像制導採樣整幅圖像－圖像處理－提取制導信息的傳統方式，在探測與採樣階段同步實現目標識別與制導信息提取。所提出的新型制導體系根據圖像稀疏性有針對性地獲取目標有效信息，增加重要性高的圖像信息的採集與處理，能夠克服傳統焦平面陣器件的非均勻性，具有有用信息比例高、處理速度快等優勢；對發展新型智慧型探測成像體制和制導信息提取方法具有重要的理論意義與套用參考價值。

結題摘要

本項目針對單像素成像體制下的目標識別與制導信息提取等關鍵技術開展了研究。項目的研究首先將單像素成像體製作為具體的分析對象，分析與研究了紅外圖像的稀疏表示，其目的是用儘可能少的非零係數來表示圖像信號的主要信息；其次研究了觀測矩陣的設計，觀測矩陣在獲取測量向量和信號重建的過程中起著關鍵性作用，設計高效的觀測矩陣就是設計一個能捕捉稀疏信號中有用信息的觀測協定，進而把該稀疏信號壓縮成少量數據，因此測量向量的獲取並不是通過直接採集稀疏信號，而是通過觀測底層信號（underlying signal）的線性預測。通過理論分析研究設計了單像素成像的光學掃描算法，為單像素成像制導走向工程化提供了理論依據。在單像素成像體制下，借鑑傳統成像體制下模版匹配的思想，以歷史幀數據已識別的目標作為測試樣本，用當前幀採樣數據所代表的圖像信息形成訓練樣本，設計相應的目標識別方法，以區分目標與干擾，同時設計相應的目標跟蹤與目標搜尋策略，實現邊識別邊跟蹤的目標識別與跟蹤策略。針對單像素成像體制下的制導信息提取問題，主要研究了從稀疏採樣信號中提取目標姿態信息的方法，首先建立了目標的姿態資料庫，在當前幀目標發生姿態變化時，以當前幀圖像數據為測試樣本，姿態資料庫作為訓練樣本，通過特徵匹配確定目標的姿態，完成姿態制導信息的提取。通過大量的仿真實驗，驗證了本項目研究的有效性，並為後續的研究提出了相關建議。本項目從採樣的少量信號中以信號分析的角度進行目標識別與信息提取，以“採樣稀疏信號－提取有用信息”的方式突破了焦平面成像制導“採樣整幅圖像－圖像處理－提取制導信息”的傳統方式，在探測與採樣階段同步實現目標識別與制導信息提取，本項目研究成果為發展新型智慧型探測成像體制和制導信息提取方法具有重要的理論意義與套用參考價值。