基于差异梯度直方图与显著性映射的红外弱小目标检测算法

为了提高复杂环境下的红外弱小目标的探测能力,基于人类视觉注意机制,设计了差异直方图耦合显著性映射的弱小目标检测算法。考虑真实目标与其邻域之间的强度差异,通过采用DFT变换来计算红外图像的幅度与相位频谱,以计算二者之间的频谱残差,并联合高斯滤波方法,输出显著性映射,从而有效突出显著区域。分析目标与背景区域的梯度幅度和梯度方向之间的差异,计算红外图像的差异直方图,以充分抑制背景杂波和噪声。联合显著性映射与差异直方图,形成图像对应的融合特征映射。最后,引入自适应阈值分割方法,从融合特征映射中准确定位真实目标。多组测试数据表明,较已有的红外目标检测技术而言,所提算法能够更好地定位出弱小目标,呈现出理想的ROC曲线。     

基于灰度变换的红外图像实时分割算法

针对高灰度等级红外数字图像提出了一种基于灰度变换的实时分割算法.通过实时分析原始图像中几个小区域的灰度直方图,自动确定分割阈值,将原始图像通过灰度变换实时转换为低灰度等级图像.该算法能够将高灰度等级的红外数字图像实时显示在普通显示器上,并且能够有效抑制背景并保留目标灰度信息.由于变换后的图像灰度等级较低而且背景及噪音信息较弱,极大地提高了红外跟踪器的性能.     

一种基于区域生长的红外与可见光的图像融合方法

针对目前红外与可见光目标跟踪的视频序列融合难以满足实时性问题，利用红外图像目标与背景显著的灰度差异特征，结合目标跟踪中目标分割时常用到的区域生长法，通过区域生长方法从红外图像中提取目标区域，再将得到的红外目标区域与已经过图像配准的可见光图像的背景区域进行融合处理，最终得到既具有红外图像较好的目标指示特性又具有可见光图像清晰场景信息的融合图像。实验表明：该算法不仅简单易行，而且所得到的融合图像视觉效果优于其他融合算法得到的图像。     

基于视觉认知的红外目标分割算法

研究了红外图像中目标分割算法,针对基于灰度分割算法存在的过分割或分割不足,以及对低灰度目标的不敏感问题,提出了一种基于视觉认知的红外目标分割算法。将红外图像的灰度信息转换为图像方差信息;运用单边切比雪夫不等式理论,获取目标数据分布与其k倍标准差之间的非线性关系,完成目标边缘的预分割;由形态学填充运算,得到用于目标分割的二值掩膜图像。实验表明,该算法能够有效的分割出红外图像中处于不同灰度等级下的目标信息,且误分率较低。     

基于非下采样Shearlet变换与剥离策略的可见光与红外图像融合算法北大核心CSCD

为了使可见光与红外融合图像能更好的表达目标信息,联合非下采样Shearlet变换与剥离策略,对其进行融合。首先,借助非下采样Shearlet变换,获取可见光与红外图像的高、低频成分。然后,通过Otsu阈值分割方法来构建剥离策略,将红外图像中的目标层与其背景层进行剥离,并以目标层为基础,利用图像的区域能量特征,对可见光图像与红外图像背景层的低频系数进行加权计算,并将结果与红外图像的目标层结合,以得到富含目标内容和背景内容的融合低频系数。引入区域方差函数,对图像的细节特征进行测算,通过构造方差加权因子,得到富含细节特征的融合高频系数。最后,对两个融合系数实施非下采样Shearlet逆变换,从而输出融合图像。实验结果显示,本算法融合的图像,比现有融合算法融合的图像更具优良的目标及细节表达能力,可用于获取高质量的可见光与红外融合图像。     

基于多特征融合与ROI预测的红外目标跟踪算法

针对当前红外目标检测与跟踪算法存在场景自适应能力弱、专用性强,以及在大视场条件下,首帧图像中小目标误检率高的问题,提出一种红外序列图像目标自适应阈值分割、检测与跟踪方法.选取目标移动速度、目标轮廓的面积和周长、以及自适应分割阈值与感兴趣区域位置为动态变量,建立动态决策准则.采用首帧目标检测算法计算出序列图像的第一帧图像目标的静态变量和部分动态变量,再采用改进的局部自适应阈值分割算法分割后续帧图像,然后利用静态与动态决策准则筛选出分割后的真实目标,最后计算并更新动态决策准则.红外靶标测试结果表明:该方法对不同场景具有较好的适应性,四个场景平均跟踪准确率为95.81%,微机平台平均每帧处理时间为10.93ms,嵌入式平台为26.79ms.     

基于纹理分割和Top-Hat变换的合成孔径雷达与可见光图像增强融合

针对目前合成孔径雷达(SAR)与可见光图像融合结果目标信息缺失、对比度不高的缺点,提出了一种基于纹理分割和top-hat变换的图像增强融合算法。将SAR图像灰度共生矩阵的熵纹理特征图进行阈值分割,提取SAR图像的感兴趣区域(ROI);并对SAR和可见光图像进行非下采样Contourlet变换(NSCT)分解,低频系数采用基于区域的融合规则,在感兴趣区域内选择SAR的低频系数。对低频系数进行top-hat变换得到显著化的图像亮、暗细节特征,并加入到低频系数上形成低频合成系数;高频子带系数采用局部方向信息熵显著性因子取大的融合规则;对融合系数进行NSCT逆变换得到最终的融合图像。实验证明了本算法的有效性。     

利用红外夜视的海上弱小目标检测与分割

红外夜视检测技术能加强海上预警探测系统的安全性,但红外夜视仪所采集的海上红外图像存在大量“背景杂波”,严重干扰弱小目标的准确检测。针对此问题,结合主动轮廓模型与插值滤波器提出一种用于海上安全系统的红外夜视弱小目标检测算法。该算法先分别采用全局主动轮廓与局部主动轮廓搜索感兴趣目标区域,通过双层主动轮廓模型消除噪声与背景杂波对目标检测的影响。然后提出变化方向的插值滤波器沿着感兴趣区域的边缘进行滤波,缓解弱边缘对目标真实边缘的干扰。在真实的红外夜视海上图像集上对该算法进行了实验与分析,结果表明该算法能改善海上弱小目标的检测性能,对提高海上航行的安全性具有积极意义。     

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。     

基于自适应多特征整合的红外目标跟踪

建立有效的观测模型去区分目标与背景是实现稳健跟踪的核心。提出了一种基于多特征观测的红外目标跟踪算法。灰度特征、局部标准差特征和梯度特征均以直方图的形式描述目标外观;目标观测模型的构建则根据环境自适应权衡了以上三个特征,相应的各特征权值的动态选择通过最大化目标与其他图像区域的差异完成。在粒子滤波框架下,实现目标运动状态的估计与多特征权值的选择。真实场景实验结果表明,该算法在目标外观高动态、背景强杂波的红外目标跟踪中具有更强的稳健性。     

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.     

一种基于灰度变换的红外图像增强算法

针对红外图像，采用双门限分割法进行图像分割，然后采用分段灰度变换法进行图像增强。根据具体图像，通过人机交互的方式确定2个阈值，将图像分割为目标区、过渡区和背景区3部分；按照每一部分的特点，设计不同的灰度变换，对图像进行分段线性增强，得到感兴趣目标区的最佳视觉效果。通过对16位红外图像进行实验，得到了满意的结果。实验表明,该算法灵活便捷，在增加对比度和去除噪声的同时，还抑制了背景，达到了预期的效果。     

基于多混沌系统的双图像光学加密算法

为了扩展双图像光学加密算法的密钥空间,克服双随机相位加密系统中随机相位掩模作为密钥难于存储、传输和重构的问题,突破传统图像加密的研究思路,提出了一种基于多混沌系统的双图像加密算法,构造了光学加密系统。系统增加混沌系统参数作为密钥,利用混沌加密密钥空间大和图像置乱隐藏性好的特点,构建基于Logistic混沌映射的图像置乱算法,利用Kent混沌映射生成的伪随机序列构造出一对随机相位掩模,分别放置在分数傅里叶变换光学装置的两端,图像经加密系统变换后得到密文。数值仿真结果表明,算法的密钥敏感性极高,能够有效地对抗统计攻击,具有较高的安全性。     

基于区域检测与非下采样轮廓波变换的红外与彩色可见光图像融合

针对灰度图像融合的分辨率低及现有的彩色图像融合方法融合的图像色彩不自然、不符合人的视觉感受的特点,在此提出一种基于Snake模型的区域检测和非下采样轮廓波变换(NSCT)的红外与彩色可见光图像融合的方法。首先对彩色可见光图像进行亮度、色度和饱和度(IHS)颜色空间变换提取亮度分量,并用Snake模型对红外图像的目标区域进行检测;然后对亮度分量和目标替换的红外图像应用NSCT分解,对所得到的高频系数采用像素点"绝对值和取大"、低频系数采用基于"亮度重映射技术"的加权融合规则进行融合;通过对融合系数进行NSCT逆变换获得融合图像的亮度分量,最后运用颜色空间逆变换得到融合图像。实验结果表明,所提出的融合方法既能保持可见光图像的高分辨率和自然色彩,又能准确保留红外图像中检测出的目标信息,获得视觉效果较好、综合指标较优的融合图像。     

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。     

离散Arnold变换改进及其在图像置乱加密中的应用

为了改善传统二维Arnold变换用于图像置乱加密的效果,提出了离散Arnold变换的改进方法,并将其用于图像置乱加密测试研究.该方法利用现有离散标准映射的构造思想,将传统离散二维Arnold变换表达式中第一个变换表达式所对应变换结果非线性融入第二个变换表达式,实现经典离散二维Arnold变换的非线性去拟仿射化修改,以便快速改善图像置乱加密效果.数学证明改进方法不再保持现有离散二维Arnold变换所具有的拟仿射不变性,但是改进变换仍是一种具有周期性的可逆映射,将其用于图像置乱加密时,利用其周期性或逆变换能恢复置乱前原图像.大量实验结果表明,本文所建议的改进方法是有效的,相比现有的离散Arnold变换更具有实用价值意义.     

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。     

Moving target detection approach based on spatio-temporal salient perception

The differences in texture and motion between man-made object and natural scene are the key features for human biological visual system to detect moving object in scenery. The paper proposed a moving target detection approach based on spatio-temporal perception, which is a crucial function of the visual attention mechanism. The spatial feature including edge, orientation, texture and contrast of the image are extracted, and then the corresponding spatial salient map are constructed by fusing the features through difference of Gaussian (DOG) function, which can suppress the common and enhance the difference of local region. Then, the global motion, local motion and relative motion between continuous images are extracted by means of pyramid multi-resolution, and the moving salient map is constructed after the motion difference between moving target and background is confirmed. Finally, the spatio-temporal salient map is constructed by fusing the spatial salient map and the moving salient map through competition strategy, and the moving target could be detected by searching the maximum in the spatio-temporal salient map. Some experiments are included and the results show that the method can accurately detect the moving target in complex background.     

局部对比度结合区域显著性红外弱小目标检测

为了解决局部对比度方法的计算效率低,以及在某些红外场景中易出现虚警的问题,将其与图像区域显著性相结合,提出一种改进的局部对比度算法——区域局部对比度算法,仅在图像的显著性区域中进行局部对比度计算,而非遍历整幅图像。首先进行基于图像信息熵和局部相似性的红外图像区域显著性度量,经二值化得到单帧图像显著性区域;接下来在该区域中进行局部对比度数值计算,得到区域局部对比度图像,最后经过自适应阈值分割,得到弱小目标检测结果。实验结果表明,区域局部对比度算法可以极大提高红外弱小目标的信噪比,检测结果准确,虚警率低,与原始的局部对比度算法相比,检测效率有明显提升,可以更好地保持弱小目标的形状。