基于多特征融合的复杂背景下弱小多目标检测和跟踪算法

针对红外弱小多目标的检测和跟踪难题,提出一种基于多特征融合的复杂背景下弱小多目标检测和跟踪算法.融合红外弱小运动目标的灰度特征、梯度特征、运动特征等多个典型特性,进行复杂背景下弱小多目标的检测和跟踪.实验证明:该算法应用于复杂背景下低信噪比的红外弱小多目标图像序列能得到较理想的结果,算法检测概率高、检测速度快、具有较强鲁棒性.     

红外序列图像中运动弱小目标检测

为检测红外序列图像中的运动弱小目标,分析了目标在序列图像中的运动特性和概率分布特性,以及目标和噪声在序列中的能量分布特性。提出连续M帧高阶累积方法来增强运动弱目标能量,用假设检验对目标和背景进行分割,通过搜寻序列运动能量中心来实现目标的多帧关联检测。通过仿真实验证明了算法对红外弱小目标检测有效性。     

复杂背景下运动点目标的检测算法

在复杂背景红外序列图像中,运动点目标的检测一直是研究的重点和难点。介绍了一种新的复杂背景下运动点目标的检测算法。首先根据点目标、背景干扰和噪声在红外图像中的差异,运用窗口大小不同的均值滤波器进行背景抑制以提高图像的信噪比,然后用一种门限法得到新的分割序列图像,最后采用改进后的隔帧差分光流场算法可有效地检测出点目标。仿真实验表明该算法优于传统光流场算法,能够检测帧间位移小于一个像元的运动目标,具有较好的检测性能,且实时性强。     

基于分块速度域改进迭代运动目标检测算法的红外弱小目标检测

提出一种基于分块速度域的迭代红外运动目标检测算法来解决传统算法计算量巨大这一难题.首先,采用二维最小均方差滤波器对红外序列图像进行滤波,获得包含弱小目标以及残差的红外序列图像.然后,通过在序列图像块的速度域上应用改进的迭代运动目标检测算法进行能量累积,从而将弱小目标的运动速度在速度域进行累积增强,达到检测弱小运动目标的目的.最后在解算出的速度值附近进行搜索,得到弱小目标运动的精确速度.利用此速度进行空域能量累积,得到叠加图像,在此图上进行目标检测.与传统方法相比较,几组实验结果显示,本文提出的方法大大缩短了检测的时间,而且本文方法的检测效果也较好.     

基于多特征融合的复杂背景下弱小多目标检测和跟踪算法

针对红外弱小多目标的检测和跟踪难题,提出一种基于多特征融合的复杂背景下弱小多目标检测和跟踪算法.融合红外弱小运动目标的灰度特征、梯度特征、运动特征等多个典型特性,进行复杂背景下弱小多目标的检测和跟踪.实验证明：该算法应用于复杂背景下低信噪比的红外弱小多目标图像序列能得到较理想的结果,算法检测概率高、检测速度快、具有较强鲁棒性.     

快速无参数背景建模的红外目标检测方法研究

针对复杂背景红外图像序列目标检测的难题,给出了一种用于红外监控系统中入侵目标检测的背景建模方法。应用特征样本集为每一个像素建立统计无参数样本集模型,根据核函数估计计算每一个像素值对模型的符合概率。使用双阈值进行目标检测和模型更新,将图像分为三类:可靠背景、感兴趣区域和不可靠背景。通过不可靠背景类提供的信息进一步将感兴趣区域细分为入侵目标和错误检测。对几种红外图像序列仿真实验表明,该算法不仅可以比较精确的检测显著入侵目标,对于容易淹没在噪声中的弱小入侵目标也可以实现准确地检测。     

一种海空背景下红外小目标检测新算法

针对海空背景下红外小目标图像信噪比低、难以检测的情况以及传统检测方法需要图像帧数多、实时性差等缺点,基于Donoho的小波变换阈值化方法,提出了一种更加适合海空背景下红外小目标检测的新算法.该算法采用一种新的阈值求取方法以及更加简单的硬阈值化函数对图像进行处理.通过仿真实验将新算法与传统检测算法进行比较,实验结果表明,无论在处理效果还是实时性上,新算法都优于传统算法.     

一种海空背景下红外小目标检测新算法

针对海空背景下红外小目标图像信噪比低、难以检测的情况以及传统检测方法需要图像帧数多、实时性差等缺点,基于Donoho的小波变换阈值化方法,提出了一种更加适合海空背景下红外小目标检测的新算法.该算法采用一种新的阈值求取方法以及更加简单的硬阈值化函数对图像进行处理.通过仿真实验将新算法与传统检测算法进行比较,实验结果表明,无论在处理效果还是实时性上,新算法都优于传统算法.     

复杂天空背景下的红外弱小目标检测算法研究

为了提高单帧红外图像的检测概率,稳定检测到图像序列中的弱小目标,基于改进的双边滤波与多项式拟合,提出了一种复杂天空背景下的红外弱小目标检测算法。在传统双边滤波算法的权值系数中引入背景相关度因子,有效降低了背景抑制时目标点的影响,提高了目标区域的信噪比以及单帧图像的检测率。为了进一步剔除虚假目标,基于融合目标运动特征,对目标点进行多帧确认。针对序列检测中目标闪烁造成的目标漏检,引入多项式拟合算法对下一帧目标位置进行预测,有效避免了目标轨迹截断的问题。实验结果表明,在信噪比小于2的情况下,该算法能够稳定检测到复杂天空背景下的弱小目标轨迹。     

基于对称差分和光流估计的红外弱小目标检测

针对复杂天空背景条件下低信噪比的红外弱小目标检测问题,提出了一种基于对称差分和光流估计相结合的目标检测算法。对序列红外图像做对称差分运算,通过图像差减运算和自适应阈值分割提取目标可能的运动区域,并对区域做扩张和叠加处理,得到连续帧间目标可能出现的区域。计算每个区域红外图像的光流场,对光流场进行阈值分割,辅以数学形态学滤波等方法,检测区域中的目标。该算法充分利用对称差分运算计算量小和光流检测准确度高的特点,在保证检测准确度的同时大大减少了目标检测算法的计算量。实验及结果分析表明,基于对称差分和光流估计的目标检测算法能实时有效地检测出复杂天空背景下的红外弱小目标。     

自动选取辅助目标的建筑物目标间接定位方法

针对序列图像中目标因不显著、被遮挡等情况而出现的虚警或丢失问题，提出一种基于自动选取辅助目标的建筑物目标间接定位方法，提高目标跟踪稳定性。该方法首先自动选取红外图像中形状稳定、灰度显著的区域作为辅助目标。定位建筑物目标后，提取其与目标相对位置关系, 之后利用该相对位置间接定位，最后融合直接识别及间接定位结果定位目标，并能实时更新辅助目标，保证其时刻处于视场中。实验结果表明:通过间接定位能解决目标虚警或丢失问题，提升目标定位过程中算法的准确性及鲁棒性。     

多波段红外图像的海面舰船目标检测

现有的基于单个红外宽波段的海面舰船目标探测系统在面对复杂海天背景、岛岸背景、恶劣天气、亮带干扰或诱饵弹干扰等情况时,系统的探测率、虚警率、探测距离等性能指标均会受到严重的影响;为此,开展了基于多波段红外图像的海面舰船目标检测方法的研究。通过中波红外多波段数据采集系统实际采集107组五个中波红外波段的图像;波段1-5分别为3.7～4.8,3.7～4.1,4.4～4.8,3.7～3.9和4.65～4.75 μm;对多波段图像进行手动标注构建样本数据集,其中,正样本舰船目标298个,负样本非舰船目标353个。对于多波段红外图像,首先进行PCA降维并采用选择性搜索算法生成初始目标候选区域;针对候选区域中存在大量明显的非舰船目标区域的问题,利用积分图像计算候选区域的局部对比度,依据红外舰船目标的几何和灰度特征从初始目标候选区域中筛选出舰船目标可能性大的区域作为舰船目标候选区域。然后对舰船目标候选区域进行拓展以融入局部上下文信息,对于候选区域对应的5波段红外图像,分别提取每个波段图像的稠密SIFT特征,并将128维SIFT特征向量降为64维,融入SIFT特征的空间和波段位置分布信息得到新的特征向量,基于高斯混合模型对候选区域的特征向量集合进行编码融合得到舰船目标候选区域的费舍尔向量表示,最后利用线性SVM分类器识别出舰船目标。对多波段图像进行舰船目标候选区域生成实验,所提出的基于红外舰船目标的几何和灰度特征的约束方法可以有效地克服选择性搜索算法的不足,从初始目标候选区域中快速定位出舰船目标候选区域,对25组多波段图像进行实验,舰船目标候选区域生成的整体耗时为0.353 s,定位舰船目标区域耗时0.005 s。对100个正负样本进行目标识别测试,所提出的目标识别算法融合了目标的多波段图像特征信息,通过引入费舍尔向量挖掘了多波段图像梯度统计特征的深层次信息,算法的识别率达到了0.97,显著高于单波段红外图像的目标识别率。对25组多波段图像进行舰船目标检测实验,所提出的舰船目标检测方法能够在海天背景、岛岸背景以及亮带干扰等不同场景下完成海面舰船目标的检测工作,舰船目标定位准确,舰船目标召回率达到了0.95,每组多波段图像的平均检测耗时为1.33 s。研究结果表明,充分考虑海面舰船目标在红外图像中与局部海洋背景的辐射差异以及有效地融合舰船目标在多个红外波段图像中的辐射特征,可以增强舰船目标的可分性,提高舰船目标的识别率以及检测率,为基于多波段红外图像的海面舰船目标检测提供了新的技术支持。     

Infrared small target enhancement via phase spectrum of Quaternion Fourier Transform

Small target enhancement is one of the crucial stages in infrared small target detection. In this paper, we propose a new method using phase spectrum of Quaternion Fourier Transform to enhance small targets while suppressing backgrounds for infrared images. This is inspired by the property that regularly Gaussian-like shape small targets could be considered as attractively salient signal in infrared images and the location information of such signal is implicitly contained in the phase spectrum from frequency domain. Formally, in the proposed method, we adopt the phase spectrum of Quaternion Fourier Transform instead of using traditional Fourier Transform to enhance the targets since the quaternion provides at most four data channels than only one for the latter, which could be helpful to broad types of background clutters by adding more information. For the construction of the quaternion, we present a second-order directional derivative filter via facet model to compute four second order directional derivative maps from four directions respectively as the four data channels. This filter is used to suppress noises and distinguish the targets and backgrounds into separably different textures so that it would boost the robustness of small target enhancement. In experiments, some typical infrared images with various scenes are tested to validate the effectiveness of the proposed method. The results demonstrate that our method actually has good performance and outperforms several state-of-the-art methods, which can be further used for infrared small target detection and tracking.     

A robust infrared dim target detection method based on template filtering and saliency extraction

Dim target detection in infrared image with complex background and low signal-clutter ratio (SCR) is a significant and difficult task in the infrared target tracking system. A robust infrared dim target detection method based on template filtering and saliency extraction is proposed in this paper. The weighted gray map is obtained from the infrared image to highlight the target which is brighter than its neighbors and has weak correlation with its background. The target saliency map is then calculated by phase spectrum of Fourier Transform, so that the dim target detection could be converted to salient region extraction. The potential targets are finally extracted by combining the two maps. Moreover, position discrimination between targets in the two maps is used to exclude the false alarms and extract the targets. Experimental results on measured images indicate that our method is feasible, adaptable and robust in different backgrounds. The ROC (Receiver Operating Characteristic) curves obtained from the simulated images demonstrate the proposed method outperforms some existing typical methods in both detection rate and false alarm rate, for target detection with low SCR.     

红外小目标图像的背景杂波量化方法

分析了背景杂波对红外小目标检测的影响,研究了一种针对红外小目标图像的背景杂波定量描述方法.提出了背景杂波定量描述方法需要满足的三个条件:与主观判断的结果一致、对于不同的红外图像具有适应性和能够辅助改进目标检测算法.综合考虑了目标与背景的特征,融合了4种特征,提出了一种新的红外背景杂波量化方法.首先采用支持向量机对背景杂...     

Joint detection and tracking of size-varying infrared targets based on block-wise sparse decomposition

The high variability of target size makes small target detection in Infrared Search and Track (IRST) a challenging task. A joint detection and tracking method based on block-wise sparse decomposition is proposed to address this problem. For detection, the infrared image is divided into overlapped blocks, and each block is weighted on the local image complexity and target existence probabilities. Target-background decomposition is solved by block-wise inexact augmented Lagrange multipliers. For tracking, label multi-Bernoulli (LMB) tracker tracks multiple targets taking the result of single-frame detection as input, and provides corresponding target existence probabilities for detection. Unlike fixed-size methods, the proposed method can accommodate size-varying targets, due to no special assumption for the size and shape of small targets. Because of exact decomposition, classical target measurements are extended and additional direction information is provided to improve tracking performance. The experimental results show that the proposed method can effectively suppress background clutters, detect and track size-varying targets in infrared images.     

Infrared dim target detection based on visual attention

Accurate and fast detection of infrared (IR) dim target has very important meaning for infrared precise guidance, early warning, video surveillance, etc. Based on human visual attention mechanisms, an automatic detection algorithm for infrared dim target is presented. After analyzing the characteristics of infrared dim target images, the method firstly designs Difference of Gaussians (DoG) filters to compute the saliency map. Then the salient regions where the potential targets exist in are extracted by searching through the saliency map with a control mechanism of winner-take-all (WTA) competition and inhibition-of-return (IOR). At last, these regions are identified by the characteristics of the dim IR targets, so the true targets are detected, and the spurious objects are rejected. The experiments are performed for some real-life IR images, and the results prove that the proposed method has satisfying detection effectiveness and robustness. Meanwhile, it has high detection efficiency and can be used for real-time detection.     

空间目标抖动状态红外图像仿真建模研究北大核心CSCD

空间目标容易受到太空垃圾碰撞及干扰从而产生抖动。针对空间抖动目标红外图像的模型构建问题,对天基空间红外成像系统的主要噪声进行分析并考虑杂散光影响,基于Creator与Vega软件平台相结合,提出抖动状态下空间目标表面缺陷的红外图像的建模方法。依据空间目标基本特征分析其红外辐射特性,在Creator中对空间目标缺陷进行三维建模;根据目标以及背景红外辐射特性对三维模型进行温度场分析,将分析所得结果与Vega红外模块相结合获得红外图像模型;确定抖动图像数学模型并对仿真图像施加抖动影响,然后施加杂散光影响获得最终模拟图像。实验结果表明:该方法生成的抖动状态下空间目标红外图像与实验图像相似程度高,能为空间目标探测与态势感知提供一种有效的模拟系统。     

基于多特征的快速红外弱小目标检测算法

为了从全向红外搜索和跟踪系统采集的海量大视场高分辨率红外图像中快速准确地检测出红外弱小目标,本文提出了一种基于由粗到细的分阶段检测策略和时空域特征融合的红外弱小目标检测算法.首先,通过引入基于频域的快速显著性检测算法预先检测出目标可能存在的候选区域;其次,对候选区域进行角点检测以判定是否存在候选目标;最后,通过结合帧间时空域特征对候选目标进行进一步判定,以提取真实目标、删除虚假目标.多种实际场景的实验结果表明,该目标检测算法不仅运算量小而且探测概率高、虚警率低,是一种工程实用性能很好的红外弱小目标检测算法.     

基于分类的红外云层背景弱小目标检测方法

提出了一种新的基于模糊分类的红外云层背景弱小目标检测方法.根据红外成像的特点,将红外云层背景弱小目标图像分为三类:边缘类、净空及云中类、弱小目标类;对不同类别图像进行分析,建立了分类模型,并定义了方向特征矢量,将其作为类别的特征矢量;根据模糊分类的理论,定义了类相似系数来判别图像中每一个像素的类别属性,保留弱小目标类的像素点完成检测.实验结果表明,该方法能够对红外弱小目标图像中不同类型的区域进行准确的分类,从而较好的实现了对低信杂比的复杂云层背景图像中的弱小目标检测.