Real-time visual enhancement for infrared small dim targets in video

Visual enhancement for infrared small dim targets is a standing problem in infrared image processing. Existing approaches cannot enhance the target well and suppress the background simultaneously, especially for targets which are so faint that they are hardly visible. This paper proposes a novel real-time visual enhancement algorithm for infrared small dim targets in video by introducing temporal cues. In this work, Dynamic Programming Algorithm (DPA) is used to detect the target’s trajectory in the video and the target is enhanced through energy accumulation along the trajectory. The shape prior of the small dim target is adopted for background suppression and adaptive merging. Experimental results on real infrared small dim target videos indicate that the proposed algorithm can improve the visual quality of these types of images notably, especially for cases in which the target is hardly visible. In addition, the proposed algorithm takes on average 8.35 ms to process a 320 1 256 image, and thus meets the needs of real-time applications.     

基于形态学带通滤波和尺度空间理论的红外弱小目标检测

针对复杂背景下的红外弱小目标检测问题,提出了一种基于形态学带通滤波和尺度空间理论的红外弱小目标检测算法。采用形态学带通滤波对红外图像进行预处理,得到红外弱小目标的潜在区域;利用高斯差分算子获得预处理后的红外图像的尺度空间,并通过尺度空间的极大值检测获得候选目标的位置和尺度;通过对候选目标的信杂比进行阈值化实现红外弱小目标的检测。实验结果和现有方法的对比证明了算法的有效性和稳健性。     

An improved infrared dim and small target detection algorithm based on the contrast mechanism of human visual system

To achieve higher detection rate and lower false alarm rate in dim and small target detection, this paper proposed an improved algorithm based on the contrast mechanism of human visual system (HVS) for infrared small target detection in an image with complicated background. According to the contrast mechanism of HVS, Laplacian of Gaussian (LoG) filter is exploited to deal with the input image, which can not only suppress the background noise and clutter but also enhances the target intensity significantly. As a result it increases the contrast ratio between target and background. To further eliminate residual clutter, we process the filtered image with morphological method in all directions. True target is finally obtained by applying local thresholding segmentation to the pre-processed image. Experimental results demonstrate its superior and reliable detection performance by high detection rate and low false alarm rate.     

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.     

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.     

运动背景下弱小目标的提取算法

 对低信噪比运动背景下序列图像中弱小目标的提取算法进行了研究，提出一种新的目标提取算法。根据运动背景的相关性和目标运动的连续性，采用背景模板匹配技术，计算各帧背景运动量，去除复杂背景，用自适应预估和阈值分割技术捕获跟踪目标。实验中，结合所研究的算法，对100帧包含低对比度弱小目标的运动图像序列进行了处理。实验结果表明，此方法能有效地实现目标的自动捕获与跟踪，跟踪效率高，跟踪稳定。     

基于数学形态学的弱点状运动目标的检测

提出了一种新的基于数学形态学的红外图像序列中弱点状运动目标的非参数检测算法。采用数学形态学抑制背景杂波干扰和增强目标,用沿时间轴投影和二维空域搜索代替复杂的时空三维搜索形成组合帧,然后在每条可能的轨迹上将进行目标能量累加,实现了一种快速检测前跟踪(TBD)检测算法。仿真实验表明:在恒虚警概率条件下,该检测算法能高效地检测信噪比约为2的弱点状运动目标,检测性能对噪声分布不敏感,能精确地得到目标的即时位置和速度信息,适合于实时图像处理和目标探测,具有很高的实用价值。     

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。     

基于复杂度的自适应门限弱小目标检测方法

针对红外弱小目标检测问题,提出了一种基于图像复杂度的自适应门限目标检测方法.讨论了天空中四类不同区域的图像信息熵.图像信息熵虽然较好地表达了图像的平均信息量,但对图像的突变点不敏感.将它改进得到图像方差加权信息熵,其较好地反映了图像的复杂度特征.将图像方差加权信息熵作为图像复杂度的定量描述,用两种特定的分析模板对图像复杂度进行分析.在目标区域中,两种分析模板得到的复杂度差异较大,而非目标区域的两种复杂度则基本没有差异.算法获取两种分析模板下的复杂度图像,再对两种复杂度图像做差,得到复杂度差值图像.对差值图像建立指数模型得到自适应分割门限完成目标检测.实验结果表明,该方法对低信杂比的红外云层背景弱小目标图像具有良好的检测效果.     

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。     

红外序列图像弱小动目标检测的研究

针对云天背景下的红外运动弱小目标,提出了一种融合检测的方法。根据视觉的固视微动特性进行单帧图像的目标增强,利用帧差分方法检测多帧图像的动目标,最后将这两种处理结果进行基于调制的融合,并经过图像分割,从而达到动目标检测的目的。仿真结果表明该检测方法能够有效地实现复杂背景下的弱小动目标检测。     

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.     

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.     

基于光流直方图的云背景下低帧频小目标探测方法

对低帧频、云层背景下,低信噪比的弱点目标探测率降低的问题.提出了光流直方图(OFH)的定义.并且给出了OFH的性质.分析了低帧频下红外图像探测弱点目标时探测率降低的原凶,提出了一种基于OFH背景补偿的红外点目标探测算法.利用OFH得到背景的运动欠量.进行运动背景补偿;然后利用目标与云层运动差异性,得到帧间比较结果,并对比较结果通过Robinson滤波器进一步滤除残留的边缘,达到降低虚警的目的.实验结果表明,该算法中以显著提高往复杂背景下红外点目标检测概率,并凡能够探测出信噪比为1的目标.     

采用视觉细胞响应模型的小目标复杂背景抑制

为了提高地面和云层等红外复杂背景下弱小目标的检测性能,提出了一种基于视觉细胞响应模型的红外弱小目标背景抑制新方法.首先利用简单细胞的感受野计算模型将原始图像采用Gabor函数卷积获得相同大小的两幅图像|然后采用设计的复杂细胞响应的非线性汇聚策略函数对获得的两幅图像进行融合处理,从而将红外图像中弱小目标和背景杂波分离,达到抑制背景的目的|最后采用自适应阈值分割技术得到目标点,实现了对红外弱小目标的检测跟踪.实验结果显示,与去局部均值和最大中值滤波两种滤波方法相比较,该方法能有效地检测出信杂比较低的弱小目标信号.     

红外背景抑制与弱小目标的检测算法

强噪声背景下红外图像中弱小目标的检测一直是研究的重点和难点。根据弱小目标、背景干扰和噪声在红外图像中的差异,研究了三种低信噪比条件下红外图像中弱小目标的检测算法:小波变换、数学形态学、Top—hat算子,分别给出了处理的图像和相应的数据。仿真实验表明:这三种检测算法能十分有效地提高信噪比、增强目标、抑制背景杂波和去除噪声干扰,对信噪比约为2的弱小目标检测能得到很好的结果。三种算法所得结果一致,而且处理速度快,适合于实时图像处理和目标探测。     

基于局部纹理分析的红外小目标检测及其DSP实现

在红外小目标图像中,目标具有与其邻域背景明显不同的纹理和频率特征,在不同尺度和不同频率通道上有不同的表现,利用小波的多尺度分析理论,可将小目标与其邻域背景区分开。采用适合在低信噪比下小目标检测的局部纹理分析方法实现了小目标检测。为了满足红外小目标检测的实时性要求,采用TI公司的高性能数字多媒体DSP芯片实现了小目标检测系统。通过软件程序的优化设计来进一步提高程序运行速度与流水效率,具有良好的软硬件体系结构。通过对实测红外序列图像进行实验表明,所设计的系统能实时地、稳定地检测复杂背景下的1~3个像素的运动小目标。     

Infrared dim target detection based on fractal dimension and third-order characterization

We propose an improved algorithm based on fractal dimension and third-order characterization to detect dim target with cluttered background in an infrared （IR） image. We also illustrate the performance and efficiency comparisons between the presented algorithm and the traditional fractal detection method on real IR images. The experimental results show that the proposed algorithm is robust and efficient for IR dim target detection.     

接收机工作特性曲线在红外成像系统检测性能评估中的应用

提出了一种红外弱小目标检测算法性能评估的方法。该方法通过假设的数学模型给出了评价指标的理论推导过程,得到了虚警概率与检测门限,检测概率与信噪比之间的关系,绘出了接收机工作特性（ROC）曲线。同时,给出了在目标与背景分布函数未知的情况下,利用红外图像序列绘出ROC曲线来评估算法的检测性能。利用该方法得到了四种典型的弱小目标检测算法的ROC曲线,比较了四种算法的检测性能。     

改进的非下采样Contourlet变形红外弱小目标检测方法

针对存在复杂背景干扰和噪声的红外图像弱小目标检测问题,提出了一种非下采样Contourlet变换（NSCT）的改进的红外弱小目标检测方法。首先对含弱小目标的红外图像进行预处理,然后利用NSCT进行变换,并利用改进的非线性映射函数和能量交叉融合相结合的方法实现了背景杂波的抑制,最后引入Otsu算法进行阈值分割分离出红外弱小目标。通过与同类弱小目标检测算法的对比实验,验证了该方法的有效性。