基于多光谱融合的光端机初始指向方位测量方法及设备技术

本发明专利技术具体涉及一种基于多光谱融合的光端机初始指向方位测量方法及设备，方法包括以下步骤：S1：采集光端机多光谱图像；S2：将采集到的光端机多光谱图像分成两个通道的光端机图像，分别为可见光波段图像和红外波段图像；S3：分别通过可见光目标检测模型和红外目标检测模型对可见光波段图像和红外波段图像进行目标检测处理；S4：将两个通道的检测结果进行图像融合检测处理，得到光端机初始指向方位测量结果；本发明专利技术可以在不同环境背景下完成光端机初始指向方位的测量，初始指向测量速度快，具有很高的操作实时性，检测准确度高且鲁棒性好，对激光通信光端机初始指向方位测量过程中光端机目标的快速检测工作起到了重要作用。光端机目标的快速检测工作起到了重要作用。光端机目标的快速检测工作起到了重要作用。

【技术实现步骤摘要】
基于多光谱融合的光端机初始指向方位测量方法及设备


[0001]本专利技术涉及无线激光通信
，具体涉及一种基于多光谱融合的光端机初始指向方位测量方法及设备。

技术介绍

[0002]空间激光通信系统由于具有高速率、体积小、低功耗、安全性能好、无带宽限制等诸多优点，使其在商业、民用、军事等领域具有广泛应用前景。捕获、对准、跟踪(APT)子系统是空间激光通信系统的重要组成部分，是空间激光通信正常进行的前提与保障。而初始指向方位测量是激光通信的第一步，也是空间激光通信系统中一项关键技术。
[0003]在经典无线激光通信系统中，因为通信光光束疏散角相对窄小并且光束功率不高，在对光束进行捕获的过程中较为困难，为了减小捕获所需的时间，提升捕获概率与捕获效率，常常都会选择加入大束散角、大功率的信标光系统，从而先对信标光进行快速捕获，在进行跟踪。
[0004]初始指向方位测量部分没有任何差异，都是通信视轴从零位开始转动，到指向通信对方所在不确定区域（AOU）的过程。基本示意图如图1所示。原理是在己方位置、己方姿态，对方位置已知情况下，通信双方在完全时统的条件下，使用坐标转换计算视轴互指的方位角和俯仰角，将此角度信息驱动转台带动视轴从初始零位开始旋转，指向对方。高精度的位置、姿态、速度、时间参数获取是关键。星载终端可以通过星历表、自身姿态传感器获得上述信息。其他平台则需通过专门设备获得。
[0005]经典无线激光通信系统工作过程，在通信开始之前，要进行初始指向，通过查阅星历表和GPS等，计算出卫星平台的轨道信息和平台姿态信息。由于测量计算等误差影响，会产生一个不确定区域。
[0006]通过初始指向后，需要在不确定区域内捕获到激光光束。一般情况下不确定区域会有几个毫弧度，远大于通信光，较于大疏散角的信标光而言，也要大出许多。常用的捕获策略有凝视
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凝视策略、凝视
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扫描策略和扫描
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扫描策略。捕获的过程主要是端机调整激光光束方向，在确定区域内扫描，每扫描一个点，都会在这个点滞留一个足够的时间，等待对方接收到激光光束后回传的反馈信号，如果在限定时间内并未接到反馈信号，则激光光束跳至下一点继续扫描，依次往复。一旦接收到对方传来的反馈信号，便停止扫描，捕获完成，进入跟踪阶段。因为目标在不确定区域中心出现的概率最高，一般都会选择从中心开始扫描，从而节省扫描时间。
[0007]但信标光在整个系统的工作阶段使用效率不高，为了增大束散角及功率，额外增加了系统负载功率，并且光端机要额外增加一个相机来专门处理信标光信号，光端机的体积重量都会受到影响。经典无线激光通信光端机要用两台相机来分别处理信标光光束和通信光光束，导致光端机的体积重量与功耗都比较大，初始指向方位测量需要进行大量扫描，经典无线激光通信光端机在对对端设备初始指向方位大量扫描的的过程中难以快速确定对端设备初始指向方位，且测量精度有限，鲁棒性差。

技术实现思路

[0008]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服经典无线激光通信光端机体积重量大、功耗大、在对对端设备初始指向方位大量扫描的过程中难以快速确定对端设备初始指向、检测精度有限、鲁棒性差的缺陷，从而提供了一种基于多光谱融合的光端机初始指向方位测量方法及设备。
[0009]一种基于多光谱融合的光端机初始指向方位测量方法，包括以下步骤：S1：采集光端机多光谱图像；S2：将采集到的光端机多光谱图像分成两个通道的光端机图像，分别为可见光波段图像和红外波段图像；S3：分别通过可见光目标检测模型和红外目标检测模型对可见光波段图像和红外波段图像进行目标检测处理；S4：将两个通道的检测结果进行图像融合检测处理，得到光端机初始指向方位测量结果。
[0010]进一步，所述步骤S4通过图像决策级融合检测对两个通道的检测结果进行处理，具体流程为：S4.1：将可见光目标模型检测得到的部分候选框和红外目标模型检测得到的部分候选框放在一个候选框集合当中；S4.2：根据候选框置信度的高低，对候选框集合进行排序，得到置信度最高的候选框Rmax；S4.3：计算其他候选框与Rmax的交互比，判断交互比的数值是否达到所抑制的阈值，如果数值大于阈值，将该候选框舍弃，否则保留该候选框；S4.4：将所有小于阈值的候选框放到一个集合里面，重复步骤S4.2和S4.3，直到只剩下一个候选框，将该候选框作为图像融合检测最终结果，并通过坐标转换计算得到光端机初始指向方位最终测量结果。
[0011]进一步，所述步骤S3中可见光目标检测模型和红外目标检测模型都采用区域卷积神经网络R
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CNN模型，R
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CNN模型进行目标检测处理步骤为：S3.1：生成候选区域；通过算法在输入图像上提取多个生成可能包含目标的候选区域；S3.2：进行特征提取；调整图片大小，输入AlexNet网络，通过卷积神经网络CNN对每个候选区域提取对应的特征向量；S3.3：对区域进行分类；将提取的特征向量进行二分类SVM，通过SVM的输出结果得出特征向量对应的候选区域是否存在目标；S3.4：对检测框进行修正；通过使用算法对检测框进行调整，直至预测框接近于真实框。
[0012]进一步，所述步骤S3.1中选择Selective Search搜索算法在输入图像上提取候选区域。
[0013]进一步，所述步骤S3.1中提取的候选区域个数为2000个。
[0014]进一步，所述步骤S3.4中通过边框回归算法对检测框进行调整。
[0015]进一步，所述可见光波段图像的波长为400
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800 nm，所述红外波段图像的波长为
0.8um
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14um。
[0016]一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
[0017]本专利技术技术方案通过采集多光谱图像，对采集图像进行分波段处理，可见光和红外双通道进行目标检测，对两个通道的检测结果经过图像融合检测处理，最终得到光端机初始指向方位测量结果，整个光端机初始指向方位测量过程迅速，且具有很高的操作实时性；同时，整个光端机初始指向方位测量系统结构紧凑，使得光端机的体积重量与功耗都大大减少，提高了光端机的便携性。本专利技术涉及的方法检测准确度高，鲁棒性好，系统紧凑便携，可以在不同环境背景下完成光端机初始指向方位的测量，对激光通信光端机初始指向方位测量过程中光端机目标的快速检测工作起到了重要作用。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为初始指向示意图；图2为多光谱融合光端机检测处理方法示意图；图3为R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多光谱融合的光端机初始指向方位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：采集光端机多光谱图像；S2：将采集到的光端机多光谱图像分成两个通道的光端机图像，分别为可见光波段图像和红外波段图像；S3：分别通过可见光目标检测模型和红外目标检测模型对可见光波段图像和红外波段图像进行目标检测处理；S4：将两个通道的检测结果进行图像融合检测处理，得到光端机初始指向方位测量结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4通过图像决策级融合检测对两个通道的检测结果进行处理，具体流程为：S4.1：将可见光目标模型检测得到的部分候选框和红外目标模型检测得到的部分候选框放在一个候选框集合当中；S4.2：根据候选框置信度的高低，对候选框集合进行排序，得到置信度最高的候选框Rmax；S4.3：计算其他候选框与Rmax的交互比，判断交互比的数值是否达到所抑制的阈值，如果数值大于阈值，将该候选框舍弃，否则保留该候选框；S4.4：将所有小于阈值的候选框放到一个集合里面，重复步骤S4.2和S4.3，直到只剩下一个候选框，将该候选框作为图像融合检测最终结果，并通过坐标转换计算得到光端机初始指向方位最终测量结果。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中可见光目标检测模型和红外目标检测模型都采用区域卷积神经网络R
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【专利技术属性】
技术研发人员：董科研，张博，刘超，宋延嵩，刘天赐，梁宗林，朴明旭，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：