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%。     

舰船目标红外图像特性研究

针对成像型反舰导弹所获红外图像的特点,分析了舰船目标和海天背景的红外辐射特性,得知舰船目标红外图像有一重要特征-海天线,它可以确定目标的所在区域。为了舰船目标的跟踪定位,对舰船目标红外图像中的海天线特征进行研究,提出一种基于预处理和直线拟合法提取海天线特征的算法,首先对图像进行边缘检测得到梯度图像,进而二值化并细化,最后利用Hough变换提取海天线。结果表明,在低对比度和有云团干扰的情况下,该算法与改进的直线拟合法相比,能够有效地、准确地提取舰船目标红外图像中海天线特征。     

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。     

基于海天线的红外掠海小目标跟踪

针对红外掠海小目标对比度低,容易受到噪声、海面杂波、云层等干扰,导致跟踪失败的问题,提出了一种基于海天线的红外掠海小目标跟踪方法。通过对红外成像系统进行分析,利用拉普拉斯滤波抑制背景噪声,根据图像中海天线的位置信息,确定目标所在区域并进行目标检测。检测出可疑目标后,利用其灰度、尺寸、面积等特征信息,选出真实目标进行跟踪。实验结果表明,该算法对红外掠海小目标有很好的跟踪效果。     

基于形态学处理和最小二乘法的海天线检测算法

海天线的检测和提取是舰船红外图像处理中的一个重要内容,在综合分析比较基于边缘检测、图像分割以及小波变换多尺度分析等多种海天线检测算法优缺点的基础上,提出一种基于形态学处理和最小二乘法的算法,仿真分析表明此算法能适应含有各种干扰的海面背景环境,鲁棒性好,并且提取精度高,能精确定位海天线。     

全景图像海天线提取及舰船目标自动检测

为实现海洋环境下全景摄像机自动目标检测,提出了一种全景图像海天线提取算法及海天线上舰船目标检测方法;首先,分析了全景图像中海天线的成像特点,使用基于分区的自适应阈值Canny边缘检测算法进行边缘检测,并对海天线边缘进行双阈值梯度方向过滤;然后,对图像边缘进行细化,提出了基于最长曲线法的海天线边缘提取算法并进行椭圆拟合得到海天线边缘成像椭圆方程;最后,介绍了根据海天线椭圆方程对海天线上舰船目标进行检测的方法;使用3种不同海洋环境下拍摄的图像进行了实际测试,实验结果表明:该方法可有效地检测出复杂海天背景下的海天线及海天线上舰船目标,海天线提取成功率可达95％以上,对径向成像高度超过10个像素的目标识别成功率可达90％。     

多波段前视红外图像融合的海面杂乱背景平滑方法

为了有效地克服单波段前视红外图像中存在的点状杂波、条状波浪以及局部高亮区域等随机杂乱背景的影响,开展了基于多波段前视红外图像融合的海面杂乱背景平滑方法的研究。充分利用多波段前视红外图像之间的互补性和差异性,通过融合多波段红外图像的信息,旨在平滑抑制海面杂乱背景并保持舰船目标的特征信息,为舰船目标检测提供一幅优质的图像。首先利用离散小波变换将多波段源图像分解为低频子带和高频子带,其中,高频子带主要包含了图像中背景以及舰船目标的细节信息,低频子带主要包含了图像的亮度以及对比度信息;对于高频子带,在基于高频系数取绝对值最大法得到高频融合图像后,计算每个像素的区域能量来对高频融合图像进行调制以抑制图像背景的细节信息而保留舰船目标的细节信息;对于低频子带,通过平均法融合低频子带并利用导向滤波对低频融合图像进行平滑滤波处理;最后对高频融合图像和低频融合图像进行小波逆变换得到的重构图像即为融合图像。对实际采集的多波段前视红外图像进行仿真实验,将该方法与双边滤波、导向滤波、梯度最小化、相对全变分、双边纹理滤波和滚动滤波共6种图像平滑滤波方法进行对比。结果表明:所提出的方法通过有效地融合多波段图像的信息,将空间域的平滑处理转换到频率域中进行,能够很好地平滑海面随机杂乱背景并较好地保持舰船目标的结构、灰度以及对比度信息,大大增强了舰船目标的可分离性,其图像平滑性能优于作为对比的6种方法。     

基于PDE的前视红外成像舰船目标检测

针对复杂环境下的海面目标提取问题,提出一种基于偏微分方程（PDE）的红外舰船检测算法。首先采用基于PDE理论的滤波模型对初始图像滤噪并进行背景估计,然后结合邻域差分进行背景抑制后分割提取目标。实验表明,该算法能够有效检测强杂波背景中的目标,方法适应性强。     

基于波原子变换的红外复杂背景杂波抑制算法

针对红外图像弱小目标检测技术中复杂背景杂波干扰问题,提出了一种基于波原子变换的红外图像背景抑制算法。首先,采用波原子变换对图像进行多尺度和多方向分解,获得原始图像的多尺度和多方向细节特征;然后,根据目标和背景杂波信号的差异,通过频域变换设计的系数调整函数修正经波原子变换后各子带系数,再经波原子逆变换重构得到估计的背景图像;最后,将其与原始图像相减获得背景杂波抑制后的图像。用真实的红外图像序列进行实验,结果显示,与最大中值和小波变换两种算法相比,该算法能有效地抑制红外弱小目标复杂背景杂波,突出目标信号,提高信杂比,具有良好的背景抑制性能。     

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。     

红外装甲目标检测中背景抑制技术研究

鉴于红外装甲目标检测中红外图像对比度低、背景复杂,导致图像的信噪比低而难于进行目标的检测,提出一种基于小波和改进的分形理论相结合的背景抑制方法。针对红外图像呈现的相关性强的特点,利用小波分析将图像中的低频缓变背景滤除,得到包含目标和强边缘杂波的图像;又由于目标分形维数对尺度的敏感程度高于边缘杂波的分形维数,提出通过计算图像在不同尺度内不规则因子的变化率来进一步抑制背景中的边缘杂波。实验表明:该算法能显著提高图像的信噪比(信噪比增益在2左右),对背景边缘有很好的抑制效果。     

海天复杂背景下红外目标的检测跟踪算法

在分析海天复杂背景下红外目标图像特征的基础上,提出适合该环境的红外目标检测算法.该算法采用行均值相减的方法抑制海平面非线性温度场的影响,并进行中值滤波处理.对于更加复杂的环境,选用数学形态滤波法抑制背景中的大面积云团或海浪,从而确定出目标区域来进行目标图像的分割及增强.同时,综合使用图像捕获区域指定、运动目标检测法、弱目标的增强提取、记忆外推功能、数据融合加权跟踪方法,来保证在海天复杂背景下红外目标的可靠跟踪.实验表明,该算法能较好地处理海天复杂背景下红外目标的检测,且算法易于硬件实现,提高目标检测的实时效率.     

基于时空非局部相似性的海上红外弱小目标检测

为了消除海上红外弱小目标检测中图像背景杂波和噪声的影响,提出了一种基于时空非局部相似性的红外图像弱小目标检测方法.该方法充分利用了相邻帧的红外图像序列间海面背景图像块的非局部自相关特性以及每帧内非局部背景图像块间的相似特性,并引入时空域图像块模型,该模型可利用加速近端梯度方法来有效求解.实验结果表明,与传统的红外弱小目标检测方法相比,所提方法不仅能更有效地保留目标的特征信息,还能使红外图像的峰值信噪比提高1.2倍以上,信杂比提高1.8倍以上.     

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。     

基于双层局部对比度的红外弱小目标检测方法

针对传统基于人类视觉系统的检测方法在复杂背景下容易造成检测虚警的问题,提出一种基于双层局部对比度的红外弱小目标检测方法.首先,通过双层对角灰度差对比度分析机制,充分利用小目标局部对比度的先验信息,提高目标对比度的同时抑制背景杂波及噪声;之后,利用自适应阈值分割法获取待检测的真实目标.实验结果表明,与主流基于人类视觉系统的检测方法相比,所提方法的背景抑制因子平均提高9.3倍以上,信杂比率增益平均提高7.8倍以上,在不同的复杂场景下均具有更好的检测性能.     

海面目标的红外景象增强技术研究

海天类红外图像的增强要求去除风浪等的环境影响,同时增强目标区域的对比度。通过探索几种典型的图像增强算法,结合红外图像梯度幅值直方图特点,提出基于梯度域的海面红外场景增强算法,将低梯度值置零去除海浪干扰,调整梯度范围对结果控制亮度,利用有效梯度范围均衡化增强目标区域的细节。实验结果表明,该算法可以明显降低图像的干扰信息,同时提高目标区域的对比度和信息熵。     

基于梯度显著性的水面无人艇的海天线检测方法

水面无人艇技术在气象监测、海面搜救、对敌侦察、精确打击等方向发挥着越来越重要的作用,但实际海面环境中的云层辐射、波浪反射、气象条件等光学图像形成中的各种干扰因素,使海天线的准确检测难以实现。为了解决这一问题,提出一种基于梯度显著性的海天线检测方法,梯度显著性的计算有效增强了海天线的直线特征并抑制了各种干扰因素,采用区域生长方法实现了对海天线的检测和辨识,最后使用XL水面无人艇在实际海面环境下采集的光学图像进行验证,结果证明了所用方法的准确性和实时性。     

基于双边滤波的弱小目标背景抑制

 为解决红外弱小目标检测技术中结构化背景抑制的难题,利用双边滤波集成了图像几何、光度和局部结构相似性等信息并以非迭代、局部操作的优点,提出了一种基于双边滤波的红外弱小目标背景抑制算法,并引入了局部梯度的统计特性来抑制背景细节、增强目标信息,从而达到更好抑制图像中的背景,突出目标图像,提高图像整体对比度、信噪比的目的。实验结果显示,与小波滤波算法比较,该算法对含有弱小目标的复杂背景从主观视觉和数值指标都具有良好抑制效果。     

多量级多向梯度海空复杂背景红外弱点目标检测

由于红外图像一般带有较大的噪声，采用传统的目标检测方法效果不理想。本文提出了一种新的海空背景下受强杂波和噪声污染的红外图像弱点目标检测算法。用多个量级梯度对图像目标进行检测，并对检测的结果进行了表决融合。结果表明，基于表决融合的多量级多向梯度检测消除了云层、海浪和海天线等背景干扰，在实现高检测概率的同时，不仅可以达到较低的虚警概率，而且可检测信杂比为1的点目标。     

水天线附近红外弱点目标的检测

弱点目标的检测是舰载红外警戒系统中的一个关键问题。由于目标处于海天线附近的高强度背景杂波中，因此，采用常规的点目标检测算法对其进行检测的结果都不够理想。针对这一问题，本文提出了一种改进方法：首先用中值滤波方法对海空背景进行预测和抑制，自适应阈值分割后根据目标点和背景杂波残留在多向梯度上的差异，通过多向梯度检测进一步剔除背景杂波残留，提高了单帧图像的检测概率。