專利名稱：復(fù)雜背景條件下紅外弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅 外弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算方法，屬于紅外圖像目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，紅外熱成像技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天等領(lǐng)域，如紅外預(yù)警系統(tǒng)越來(lái)越重視通過(guò)目標(biāo)自身所產(chǎn)生的紅外輻射來(lái)探測(cè)目標(biāo)。為了盡早發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，使紅外預(yù)警等防御武器有足夠的反應(yīng)時(shí)間，往往要求目標(biāo)在距離紅外成像系統(tǒng)很遠(yuǎn)處就被檢測(cè)出來(lái)。在遠(yuǎn)距離成像時(shí)，目標(biāo)在紅外成像系統(tǒng)中呈現(xiàn)弱小目標(biāo)的特性，即所占像素點(diǎn)很少并且目標(biāo)圖像信噪比極低，這給防御武器系統(tǒng)檢測(cè)目標(biāo)帶來(lái)了極大的困難。除此之外，隨著各國(guó)反隱身技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)自身的紅外輻射強(qiáng)度會(huì)越來(lái)越低，并且目標(biāo)在飛行的過(guò)程中所處的背景也會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，這些都會(huì)給弱小目標(biāo)檢測(cè)帶來(lái)很大的困難。因此研究復(fù)雜背景下紅外弱小目標(biāo)的檢測(cè)具有重大意義。紅外圖像預(yù)處理是紅外圖像信號(hào)處理過(guò)程中的一個(gè)至關(guān)重要的步驟，而選擇一個(gè)好的濾波算法則是預(yù)處理的關(guān)鍵。其中相對(duì)于傳統(tǒng)的高通濾波、中值濾波等基于濾波技術(shù)的圖像預(yù)處理方法，數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)法在處理效果和速度上都占有較大的優(yōu)勢(shì)。在數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中，結(jié)構(gòu)元素是最基本也是最重要的概念之一。結(jié)構(gòu)元素形狀和尺寸大小的選擇直接影響基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法的紅外圖像預(yù)處理的效果和速度，進(jìn)而間接地影響了后續(xù)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別等結(jié)果。對(duì)形狀固定的結(jié)構(gòu)元素，選擇的尺寸越大，越能濾除較大尺寸的噪聲，但是太大的尺寸不僅會(huì)增加預(yù)處理的計(jì)算量，同時(shí)也會(huì)損失灰度圖像的一些重要的細(xì)節(jié)，從而無(wú)法滿足盡量精確地預(yù)測(cè)背景的要求。對(duì)于給定的灰度圖像，結(jié)構(gòu)元素的尺寸往往與目標(biāo)的尺寸存在直接的關(guān)系，因此，研究如何對(duì)給定圖像的目標(biāo)尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確估算具有重要意義。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)資料的分析，發(fā)現(xiàn)目前缺少對(duì)不同典型紅外背景中弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算的方法。本發(fā)明通過(guò)分析紅外弱小目標(biāo)與其局部鄰域的關(guān)系，提出了一種適用于天空背景、海天背景等典型紅外背景弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種紅外弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算方法，用于復(fù)雜背景中紅外弱小目標(biāo)尺寸估計(jì)。本發(fā)明的技術(shù)方案概括為首先判斷圖像所有可能屬于紅外弱小目標(biāo)一部分的點(diǎn)，然后在這些點(diǎn)的基礎(chǔ)上判斷潛在弱小目標(biāo)的尺寸值，最后取這些尺寸的最大值作為最終估算結(jié)果。以下對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明提出了一種復(fù)雜背景條件下紅外弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算方法，并應(yīng)用于復(fù)雜背景的紅外弱小目標(biāo)尺寸估算，其特征在于對(duì)圖像中的每一點(diǎn)都進(jìn)行如下步驟的操作步驟一獲取以當(dāng)前點(diǎn)為中心的子圖像區(qū)域；步驟二 基于當(dāng)前點(diǎn)自適應(yīng)估算弱小目標(biāo)尺寸；當(dāng)對(duì)紅外弱小目標(biāo)圖像中的每一點(diǎn)都進(jìn)行步驟一和步驟二的處理之后，給出弱小目標(biāo)尺寸的最終估算 值。其中，在步驟一中，以當(dāng)前點(diǎn)為中心，獲取尺寸大小為3X3像素的子圖像區(qū)域。在步驟二中，具體又可按如下兩步進(jìn)行a)子圖像區(qū)域的尺寸為3X3，當(dāng)前點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)；如果當(dāng)前點(diǎn)屬于紅外弱小目標(biāo)的一部分，則當(dāng)前點(diǎn)的灰度與其它8個(gè)像素點(diǎn)灰度的最大值需要滿足一定條件，用公式表達(dá)為|P(i, j)-pixelmax| < aXP(i，j)(I)式中，P(i,j)表示當(dāng)前點(diǎn)的灰度值,Pixelmax表示當(dāng)前點(diǎn)周邊8個(gè)像素點(diǎn)灰度的最大值，α是權(quán)重系數(shù)，本發(fā)明取α =0.2 ;公式(I)為判斷當(dāng)前點(diǎn)屬于紅外弱小目標(biāo)一部分的必要條件；如果公式(I)不滿足，則認(rèn)為當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)到的弱小目標(biāo)尺寸為O ;b)在公式(I)滿足的前提下，以當(dāng)前點(diǎn)為左上角點(diǎn)選取尺寸為NXN的(N的初始值為2)子圖像為檢測(cè)區(qū)域；如果當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域?qū)儆诩t外弱小目標(biāo)的一部分，則當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域的灰度均值與上一個(gè)檢測(cè)區(qū)域的灰度均值滿足一定條件，該條件用公式表達(dá)如下Itarget_mean_last_target_meanI < β X target_mean(2)式中，target_mean表示當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域的灰度均值，last_target_mean表示上一個(gè)檢測(cè)區(qū)域的灰度均值，若當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域?yàn)?X2像素，則上一個(gè)檢測(cè)區(qū)域灰度均值為當(dāng)前點(diǎn)的灰度值，β是權(quán)重系數(shù)，本發(fā)明取β =0. I ;公式(2)為判斷當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域?qū)儆诩t外弱小目標(biāo)一部分的必要條件；在滿足公式(2)的前提下，逐步增大N，再驗(yàn)證公式(2)是否滿足；若基于當(dāng)前點(diǎn)所能找到的最大檢測(cè)區(qū)域的尺寸超過(guò)弱小目標(biāo)尺寸的范圍，則認(rèn)為當(dāng)前點(diǎn)屬于背景區(qū)域，當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)到弱小目標(biāo)的尺寸為O;反之，則認(rèn)為滿足公式(2)要求的最大檢測(cè)區(qū)域尺寸即為當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)到的弱小目標(biāo)的尺寸值。為了保證實(shí)用性，算法能夠?qū)Σ煌叽绲娜跣∧繕?biāo)進(jìn)行自適應(yīng)尺寸估算，具體可描述如下首先定義變量如下
權(quán)利要求
1.本發(fā)明提出了一種復(fù)雜背景條件下紅外弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算方法，并應(yīng)用于紅外弱小目標(biāo)尺寸估計(jì)；其特征在于對(duì)紅外弱小目標(biāo)圖像中的每一點(diǎn)都進(jìn)行如下步驟的操作 步驟一獲取以當(dāng)前點(diǎn)為中心的子圖像區(qū)域； 步驟二 基于當(dāng)前點(diǎn)自適應(yīng)估算弱小目標(biāo)尺寸； 當(dāng)對(duì)紅外弱小目標(biāo)圖像中的每一點(diǎn)都進(jìn)行步驟一和步驟二的處理之后，給出弱小目標(biāo)尺寸的最終估算值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，在步驟一中，具體按如下方式進(jìn)行 以當(dāng)前點(diǎn)為中心，獲取尺寸大小為3X3像素的子圖像區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其特征在于，在步驟二中，具體按如下方式進(jìn)行 a)子圖像區(qū)域的尺寸為3X3，當(dāng)前點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)；如果當(dāng)前點(diǎn)屬于紅外弱小目標(biāo)的一部分，則當(dāng)前點(diǎn)的灰度與其它8個(gè)像素點(diǎn)灰度的最大值需要滿足一定條件，用公式表達(dá)為 IP (i，j)-Pixelmax I < aXP(i，j)(I) 式中，P(i，j)表示當(dāng)前點(diǎn)的灰度值，Pixelmax表示當(dāng)前點(diǎn)周邊8個(gè)像素點(diǎn)灰度的最大值，α是權(quán)重系數(shù)，本發(fā)明取α = O. 2 ;公式⑴為判斷當(dāng)前點(diǎn)屬于紅外弱小目標(biāo)一部分的必要條件；如果公式⑴不滿足，則認(rèn)為當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)到的弱小目標(biāo)尺寸為O ; b)在公式(I)滿足的前提下，以當(dāng)前點(diǎn)為左上角點(diǎn)選取尺寸為NXN的(N的初始值為2)子圖像為檢測(cè)區(qū)域；如果當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域?qū)儆诩t外弱小目標(biāo)的一部分，則當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域的灰度均值與上一個(gè)檢測(cè)區(qū)域的灰度均值滿足一定條件，該條件用公式表達(dá)如下 Itarget_mean_last_target_meanI < β X target_mean(2) 式中，target_mean表示當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域的灰度均值，last_target_mean表示上一個(gè)檢測(cè)區(qū)域的灰度均值，若當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域?yàn)?X2像素，則上一個(gè)檢測(cè)區(qū)域灰度均值為當(dāng)前點(diǎn)的灰度值，β是權(quán)重系數(shù)，本發(fā)明取β =0. I ;公式(2)為判斷當(dāng)前檢測(cè)區(qū)域?qū)儆诩t外弱小目標(biāo)一部分的必要條件；在滿足公式(2)的前提下，逐步增大N，再驗(yàn)證公式(2)是否滿足；若基于當(dāng)前點(diǎn)所能找到的最大檢測(cè)區(qū)域的尺寸超過(guò)弱小目標(biāo)尺寸的范圍，則認(rèn)為當(dāng)前點(diǎn)屬于背景區(qū)域，當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)到弱小目標(biāo)的尺寸為O;反之，則認(rèn)為滿足公式(2)要求的最大檢測(cè)區(qū)域尺寸即為當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)到的弱小目標(biāo)的尺寸值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，弱小目標(biāo)尺寸的最終估算值計(jì)算方法的特征在于 用圖像中所有點(diǎn)檢測(cè)到的弱小目標(biāo)尺寸的最大值作為弱小目標(biāo)尺寸的最終估算值。
全文摘要
本發(fā)明提出一種紅外弱小目標(biāo)尺寸自適應(yīng)估算方法，可概括為(1)獲取子圖像區(qū)域；(2)判斷當(dāng)前點(diǎn)是否屬于紅外小目標(biāo)；(3)若當(dāng)前點(diǎn)不屬于紅外小目標(biāo)，則認(rèn)為在當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)不到弱小目標(biāo)；否則，逐步擴(kuò)大以當(dāng)前點(diǎn)為左上角點(diǎn)的子圖像尺寸；(4)計(jì)算弱小目標(biāo)存在的必要條件，若符合該條件的子圖像的最大尺寸超出限制范圍，則認(rèn)為當(dāng)前點(diǎn)屬于背景；反之，將子圖像的尺寸作為在當(dāng)前點(diǎn)檢測(cè)到的紅外弱小目標(biāo)的尺寸；(5)在完成對(duì)整幅圖像所有點(diǎn)的處理之后，取各個(gè)點(diǎn)所能檢測(cè)到的弱小目標(biāo)尺寸的最大值作為整幅圖像弱小目標(biāo)尺寸的最終估算值。該方法能夠適用于天空背景、海空背景等典型類型背景的紅外圖像弱小目標(biāo)尺寸估算，對(duì)于紅外探測(cè)、跟蹤等領(lǐng)域具有重大意義。
文檔編號(hào)G06K9/32GK102682296SQ20121007519
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者劉運(yùn)龍, 毛峽 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)