层次卷积滤波红外弱小目标检测方法

针对单帧复杂背景红外图像点目标检测算法存在复杂背景下处理效果不理想、处理时间长的问题,提出了一种层次卷积滤波检测算法。主要分为两个部分：第一,根据红外小目标特性,设计一种层次卷积滤波的算子,对图像进行滤波处理,实现图像中小目标的增效和背景抑制的效果;第二,采用基于最大值的自适应阈值方法,对图像进行二值化操作,过滤背景杂波,最终提取到待检测的目标。在大量不同背景红外图像中进行实验,论文算法在背景抑制因子和信噪比增益的性能量化结果上优于现有5种典型红外弱小目标检测算法的性能结果,且平均处理时间仅为高斯拉普拉斯（Laplacian of Gaussian,LoG）滤波算法的30.42%。通过实验对比,表明该层次卷积滤波算法可以有效解决在不同复杂背景下的红外图像中对小目标检测的问题。     

基于背景粗糙度估计的红外目标检测算法

在分析海天背景下目标红外图像特征的基础上,提出了一种基于背景粗糙度估计的红外目标自适应检测算法.该算法利用LOG算子进行目标基本轮廓检测,将目标的中心点作为区域生长的种子点,通过背景粗糙度估计自适应确定LOG算子参量,完成目标图像分割.与传统检测方法比较,采用该处理方法进行小目标检测及识别过程的预处理,可以有效地减少运算量,提高检测速度,抑制对不必要的种子点进行区域生长,提高了目标的检测概率.     

基于边缘相位编码的复杂背景下海天线检测

复杂的海空背景环境中云层、波浪反射、复杂气象条件等会给海天线检测带来困难。针对复杂背景下海天线检测的环境适应性问题,提出了一种基于图像边缘相位编码的海天线检测方法。该算法通过双边滤波原理对图像进行保边滤波处理,以高斯拉普拉斯算子增强边缘响应,配合设计的高斯核方向滤波器完成边缘相位编码的抑噪和增强,然后以相位组分内扫描线的累积响应强度和海天区域内像素强度分布模式差值辨识出最优海天线的位置。实验结果表明,该算法能够有效地检测出不同复杂背景条件下的海天线,具有计算量小和环境适应性强的特点。     

红外搜索系统中弱小目标检测算法研究

 复杂背景下低信噪比弱小目标的检测是红外搜索系统中的重点和难点,为解决红外搜索系统中杂波干扰多、目标信噪比低等问题,提出一种模板匹配滤波的目标检测方法。该算法在预测背景的同时,通过对图像背景灰度值进行动态的阈值处理,自适应地进行背景抑制。当背景包含较多复杂因素时,采用模板匹配滤波的目标检测方法,消除背景抑制后的残留杂波,实现弱小目标的提取。试验结果表明：当场景较复杂且图像信噪比较低时,使用该算法处理后可使图像信噪比达到4 dB以上,从而提高了弱小目标的检测概率。     

一种复杂海天背景下红外弱小目标检测算法

红外弱小目标的检测是红外搜索跟踪系统(IRST)中的一项关键技术,常用的目标检测算法存在受海杂波严重、虚警率较高等问题,分析了海天背景下红外图像的背景、小目标的特征,提出了一种海杂波背景下的红外小目标检测算法。首先统计图像的行均值和梯度,用最小二乘法拟合出海天线,然后利用形态学算子抑制图像背景,并采用自适应阈值将图像二值化,最后分析图像的梯度特征,抑制海杂波和云层的干扰。实验结果表明,该方法能精确地提取海天线,稳定地提取海天背景下的弱小目标,虚警率低于5%,目标检测概率超过97%。     

复杂天空背景下的红外弱小目标跟踪

为解决传统跟踪算法不能有效区分复杂天空云层背景边缘和红外弱小目标,从而在跟踪过程中产生“偏移”的问题。在时空上下文原理基础上分析跟踪“偏移”的原因,引入高斯曲率滤波,提出一种改进的时空上下文红外弱小目标跟踪算法。该算法首先采用高斯曲率滤波对上下文区域进行预处理,在保留上下文区域背景边缘的同时剔除高频的红外弱小目标和噪声,从而获得准确的红外弱小目标置信图,利用红外弱小目标置信图估计出红外弱小目标位置。采用四组复杂天空背景下的红外弱小目标图像序列进行实验,并与经典的模板匹配算法、基于粒子滤波的均值漂移算法和快速压缩跟踪算法三种跟踪算法作比较。实验结果表明,算法在主观视觉和客观评价指标方面均优于其他三种算法,具有更高的目标跟踪精度与较好的实时性,可以实现对复杂天空背景下红外弱小目标的有效跟踪。     

基于时空联合滤波技术的缓慢运动红外弱小目标检测算法

针对天空云层杂波与噪音背景下红外弱小目标的检测和跟踪问题,提出了一种基于时域和空域联合滤波的检测算法.首先对所获取的红外图像序列进行标准化预处理,再用时域滤波算法对预处理后的图像序列进行滤波,然后采用目标增强算法,对残留的云层杂波和噪音做进一步抑制.最后,通过实验对所提出的算法进行检验,结果证明了算法的有效性.     

基于小波高频距离像的红外小目标检测

针对远距离复杂背景下红外小目标检测问题,本文提出了一种基于小波高频距离像的方法。该方法首先将处理空间变换到小波域,通过分析残留背景、目标和噪声系数在高频子带的差异,定义基于邻域均值的子带系数表达形式,构造高频子带系数的中心向量,对小波高频图像进行综合形成距离像,得到红外复杂背景的抑制结果。在此基础上,利用恒虚警率算法将单帧背景抑制图像分割成候选目标、残留背景和噪声像素点。最后,在时间域基于目标运动的相关性,利用管道滤波实现红外小目标的最终检测。仿真实验结果表明,相对于经典算法,本文方法可以实现对红外复杂背景的有效抑制,增强目标信号的强度,准确稳定的从红外复杂背景中检测出小目标。     

红外偏振图像的舰船目标检测

红外成像系统作为探测舰船目标的一种重要方式,在军事侦察中起着至关重要的作用,面对复杂背景、恶劣天气环境等情况时,目标与背景局部对比度较低导致红外系统的探测准确率、查全率等性能指标受到严重影响,针对上述问题,开展了基于红外偏振图像的舰船目标检测方法研究。通过8～12μm长波波段红外偏振图像采集系统实际采集86组4个偏振方向(0°, 45°, 90°, 135°)的红外偏振图像,样本中舰船目标309个。对同场景下不同偏振方向的红外偏振图像及红外强度/偏振度图像的目标与背景局部对比度计算,发现海面与舰船目标偏振特征差异能够有效提高目标与背景局部对比度。在前视红外图像中,舰船目标通常位于海天线附近或下方,但复杂背景及天气等因素干扰对红外图像中检测海天线影响较大,为此提出红外偏振图像海天线检测方法,对红外偏振图像直方图进行高斯滤波消除局部极值,依据海面与背景的偏振特征差异,利用双峰法阈值分割检测海天线,最后利用霍夫变换检测海天线,分割出海面作为目标候选区域。针对红外偏振图像受到海杂波严重干扰的问题,提出海杂波背景抑制算法,采取背景抑制,距离加权方法抑制偏振图像中杂乱的海杂波背景。最后,利用MSER算法检测舰船目标,根据舰船目标特性约束条件剔除非目标区域。对86组红外偏振图像进行舰船目标检测实验,所提出的方法能够有效克服复杂背景和海杂波等因素的干扰准确检测海天线,通过海杂波背景抑制及舰船特征约束的方法消除海杂波及海岸对舰船检测所带来的干扰,检测准确率、查全率分别为93.2%和95.7%,优于红外舰船目标检测方法,特别在红外图像对比度低的场景下检测效果提升明显,检测准确率、查全率分别提高了46.5%和16.4%。表明充分考虑红外偏振图像中舰船目标与背景的偏振特征差异能够有效提高目标与背景的局部对比度,有利于准确检测海天线,提高舰船检测准确率和查全率,对复杂背景及恶劣天气有较强的适应性,在军事应用中具有极大应用价值,对红外波段舰船目标检测技术的发展有着极为重要的意义。     

复杂红外地面环境下的稳定目标跟踪方法

针对红外目标相关滤波跟踪过程中由于背景杂波干扰、目标遮挡和目标形变等情况导致的鲁棒性差甚至跟踪目标丢失的问题,提出一种融合跟踪-学习-检测方法和相关滤波理论的红外目标跟踪算法.该算法在传统相关滤波框架基础上,融合目标的方向梯度直方图特征和亮度直方图特征,改善了目标轻微形变导致的模型漂移问题.针对背景杂波和遮挡导致的多峰值响应问题,对目标背景区域的相关响应进行惩罚,建立目标和背景响应的多模态检测机制,实现目标由粗到精的定位,并采用自适应的学习率优化跟踪模型的漂移问题;针对目标被严重遮挡或脱离视野的问题,通过全局目标再检测,实现目标的重捕.实验结果表明,在复杂红外地面环境下,该算法有效地解决了相似目标干扰和目标被严重遮挡导致的目标丢失问题.基于OTB-2015视频基准序列和红外视频序列测试,对比多个主流的相关滤波跟踪算法,该算法在跟踪精度和成功率方面较长时相关滤波跟踪算法分别提升了5.6%和4.1%;在目标遮挡指标测试中,该算法在跟踪精度和成功率方面相较长时相关滤波跟踪算法分别提升了4.6%和6.1%.     

相邻帧间匹配的迎头点目标跟踪算法

针对海空复杂背景下迎头点目标检测与跟踪难题,提出了一种基于相邻帧间匹配的边检测边跟踪算法.算法对相邻红外图像序列帧间点与点的邻域匹配,标记匹配结果兴趣区域像素点,统计标记次数,与输入单帧图像同步显示迎头目标检测结果.算法主要特点在于无需提前假定疑似目标点位置,单个匹配过程与当前相邻两帧外的其它序列帧无关,整个匹配过程不随目标数目多少或运动状态变化而改变.根据仿真和实拍照片实验,证实了理论上区别于传统算法的上述优点,在军事应用中具有较高的参考价值.     

Infrared small target detection based on modified local entropy and EMD

Image entropy and empirical mode decomposition （EMD） are effective methods for target detection. EMD algorithm is a powerful tool for adaptive multiscale analysis of nonstationary signals. A new technique based on EMD and modified local entropy is proposed in small target detection under sea-sky background. With the EMD algorithm, it is valid to estimate the background and get the target image by removing the background from the original image and segmenting the target based on the modified local entropy method. The data analysis and experiments show the validity of the proposed algorithm.     

基于灰度特性的海天背景小目标检测

针对复杂海天背景下的小目标检测存在海浪、云层干扰等问题,提出了先提取海天线,然后利用一维最大熵阈值分割法对出现在天空、海面或者海天线附近特定区域的目标进行检测的算法。该算法主要利用天空海面行灰度均值特性,结合梯度运算和形态学运算在海天线的潜在位置中检测边缘,进而用强鲁棒性的Hough变换直线检测法拟合海天线,实现对海天线的准确定位。实验处理分辨率为：256pixel×256pixel的位图时,定位海天线需时4．1ms,检测到目标需时5．3ms,完全满足高帧频图像处理的实时性要求。实验结果表明,该算法能够快速、准确地检测出小目标,大大降低了虚警率。     

Automatic detection of sea-sky horizon line and small targets in maritime infrared imagery

It is usually difficult but important to extract distant targets from sea clutters and clouds since the targets are small compared to the pixel field of view. In this paper, an algorithm based on wavelet transformation is proposed for automatic detection of small targets under the maritime background. We recognize that the distant small targets generally appear near the sea-sky horizon line and noises lie along the direction of sea-sky horizon line. So the sea-sky horizon is located firstly by examining the approximate image of a Haar wavelet decomposition of the original image. And the equation of the sea-sky horizon is set up, no matter whether the sea-sky horizon is horizontal or not. Since the sea-sky horizon is located, not only the potential area but also the strip direction of noise is got. Then the modified mutual wavelet energy combination algorithm is applied to extract targets with targets being marked by red windows. Computer simulations are shown to validate the great adaptability of the sea-sky horizon line detection and the accuracy of the small targets detection. The algorithm should be useful to engineers and scientists to design precise guidance or maritime monitoring system.     

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.     

一种基于特征提取的相关跟踪算法

介绍了一种能稳定快速跟踪复杂背景下目标的算法,该算法在传统相关跟踪算法的基础上进行改进.当目标进入红外(电视)摄像机视场时,视频信号中包含有目标信息和背景信息,信号处理器先将此信号进行数字化处理,形成具有一定灰度等级的数字化图像阵列,然后采用边缘检测、阈值分割等算法对包含有目标信息的图像进行边缘处理,提取出具有特征的目...     

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 dim small target enhancement using toggle contrast operator

A new infrared dim small target enhancement algorithm based on toggle contrast operator is proposed. Toggle contrast operator is modified and used to construct operators using the image features derived from dilation and erosion operators. Then, based on the constructed operators, the operators which could be used to estimate the clutter background of the original infrared dim small target image are proposed using the same strategy as the definition of opening. Finally, the infrared dim small target is well enhanced through subtracting the estimated background from the original image. Experimental results on infrared images with different types of targets verified that the proposed method could effectively enhance infrared dim small target, which would be very useful for infrared dim small target detection and tracking.     

Principal curvature for infrared small target detection

Small target detection in infrared image with complex background and low signal–noise ratio is an important and difficult task in the infrared target tracking system. In this paper, a principal curvature-based method is proposed. The principal curvatures of target pixels are negative and their absolute values are larger than that of background pixels and noise pixels in a Gaussian-blurred infrared image. The proposed filter takes a composite function of the curvatures for detection. An approximate model is also built for optimizing the parameters. Experimental results show that the proposed algorithm is effective and adaptable for infrared small target detection in complex background. Compared with several popular methods, the proposed algorithm demonstrates significant improvement on detection performance in terms of the parameters of signal clutter ratio gain, background suppression factor and ROC.