非合目标激光反射投影中心对准方法

摘要

本发明公开一种基于非合目标的投影中心对准方法，该方法结合分析现有合作目标的特征点跟踪算法，通过密集采样目标体激光回波，跟踪每个角度的投影回波峰值，再根据360°回波投影之间的几何关系导出旋转中心点的位置，并对求得的旋转中心点求期望矫正，再通过GS相位恢复算法进一步对准投影中心点。本发明的优点在于：它直接跟踪靶标投影回波的峰值点，无需在靶标上设置特定区域作为跟踪特征点，将激光反射层析成像技术的应用范围拓展到对非合目标的探测。

主权项

一种非合目标激光反射投影中心对准方法，其特征在于：该方法通过密集采样靶标激光回波，跟踪每个角度的回波投影峰值，根据360°整周期投影回波之间的几何关系导出旋转中心点的位置，对求得的旋转中心点求期望矫正，减小因激光信号流积分带来的估计误差，通过GS相位恢复算法进一步对准，具体步骤如下：①纳秒激光器发出光脉冲，调节渐变衰减镜的衰减系数，通过调节扩束镜焦距调节光斑大小，使光斑正好完全覆盖住远处经反射布包裹的靶标；②以靶标质心为原点，靶标绕其质心自转，靶标、激光器和探测器三者组成的平面建立二维坐标系，将光脉冲初始照射靶标角度定义为经目标轮廓调制后的投影回波定义为探测接收系统采集每个角度下的激光反射投影；③将每角度下投影回波峰值点作为特征点跟踪，为了降低估计误差，密集采样投影回波信息，采样角度间隔小于0.5°的，设为耙板旋转探测角度变为激光器发出单纳秒脉冲照射靶标，探测采集系统记录响应投影回波靶标再旋转角度，此时探测角度变为投影回波记为重复以上步骤，直至靶标旋转一周，共采集得到N次反射投影信息其中i=1、2、3……N；④观察投影回波提取每个投影的峰值点作为特征点，将激光回波特征点投影距离转化成时间的延迟量用ΔS_i表示，将整个360°周期的N组投影的旋转中心投影排列在一条直线上，求出每角度下的投影中心点，再通过求期望的方法削弱因将峰值点作为跟踪的特征点引起的估计误差，得到初步对准的投影图粗对准的投影图是关于角度分布和光强的信息；⑤对到展开的反射层析傅里叶切片理论对投影图相当于初始相位分布估计，进行傅里叶变换，即可得到投影图在极坐标下的频域谱值矩阵G(u,v)，以下步骤使用GS相位恢复算法；⑥提取G(u,v)的相位和模值部分，加入域限制条件γ，γ表示g_k+1(x,y)与目标域（空间域）约束不符的点集，g_k+1(x,y)是相位恢复迭代矩阵，迭代过程中，根据靶标特点，空间域约束是元素值非负约束，|G(u,v)|²表示靶标估计傅里叶域模值矩阵|G(u,v)|的频谱强度，对|G(u,v)|²做傅里叶逆变换，得到经相位恢复处理后的靶标旋转中心g(x,y)的自相关函数矩阵：$g(x,y)\otimes g(x,y)F_2^{-1}\left\{{\left|G(u,v)\right|}^2\right\};---\left(1\right)$⑦首先提取投影的相位，作为初始迭代估计值做傅里叶变换，保留的相位部分，并结合频域限制条件提取的模值部分构成新的频谱矩阵即F(u,v)的估算，使能满足傅里叶域的约束；然后再做傅里叶逆变换得到下一步迭代函数g'_k(u,v)＝|g'_k(x,y)|exp[iθ'_k(x,y)]IDFT[G'_k(u,v)]，即物体的一个新的估计，加入靶标的空间域限制条件，使其能满足时域约束。元素值满足非负、实数，生成第一次迭代生成的起始矩阵g_k+1(x)＝|f(x,y)|exp[iθ_k+1(x,y)]＝|f(x,y)|exp[iθ'_k(x,y)]，本次迭代结束。其中(x,y)是空间域坐标，(u,v)是频域坐标；⑧重复上述⑥、⑦步骤进行多次迭代减小相位恢复时的误差，逐渐趋近真实值，且对准精度随着迭代次数的增加而增高，迭代完成即可获得非合目标的反射投影中心对准的重构廓像，且迭代生成的矩阵满足下式：