一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法，本发明专利技术根据背景杂波能量在不同配准精度下表征不稳定的特点，进行虚警目标辨别：对疑似目标区域进行多向差分、残差能量分布相关计算，通过多向差分图像的能量分布变化情况，快速有效的辨别虚警目标。对于虚警目标，配准精度越高，差分图像残差能量越小，配准精度越低，差分图像残差能量越大；对于真实的运动目标，不同的配准精度下的差分图像残差能量分布几乎不变。采用本发明专利技术提出的多向差分残差能量相关虚警抑制方法，可以有效的辨别由背景杂波引起的虚警目标，从而实现对虚警的抑制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法
本专利技术涉及一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法，属于目标探测检测处理领域。
技术介绍
复杂背景下运动弱小目标探测技术的研究在民用、航天和军事中有重要应用。由于成像距离远及复杂背景的影响，目标在图像中成点状，缺乏足够的纹理信息和形状信息，并且图像中的目标信噪比低，这大大增加了弱小目标检测的难度。目前光学探测系统一般对所获取的图像采用基于滤波的方法、基于小波的方法、基于形态学的方法、基于背景差分的方法等，进行复杂背景杂波抑制，在背景抑制图像上进行疑似目标提取，之后利用多帧关联的方式进行目标轨迹拟合，从而实现运动弱小目标检测。在基于图像差分背景抑制的目标检测方法中，最为关键的步骤就是实现对背景高精度配准，由此才能通过两幅图像差分尽可能的消除复杂背景杂波，而在差分图像中仅残余目标和系统噪声成分。但是，由于实际场景图像的复杂性，通过背景配准差分抑制技术，都不可能一概适应各种背景的强度、分布等复杂特性，达到对复杂背景的完全消除。因此，在背景差分图像中，必然会存在因配准误差而残留的背景杂波，从而造成检测虚警。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：本专利技术提出了一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法，解决复杂背景下低信噪比弱小目标检测的高虚警问题。本专利技术的技术解决方案：一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法，具体步骤为：(1)光学探测系统获取具有一定时间间隔的两幅图像，并对两幅图像进行图像配准，将配准后的图像进行差分计算，得到残差图像；(2)对残差图像进行疑似目标检测，得到所有疑似目标位置坐标；(3)根据疑似目标位置，在步骤1的残差图像上截取第一子区域差分图像；(4)在配准图像上，以步骤2所得到的疑似目标位置坐标为中心划取多向差分区域，遍历该区域，截取同步骤3第一子区域差分图像面积一致的多个子区域图像，对对应的两个子区域图像进行差分计算，得到第二子区域差分图像，每个第二子区域差分图像与步骤3中的第一子区域差分图像作相关计算，形成相关系数序列；(5)计算步骤4中相关系数序列的变化量，如果大于设定的阈值，则将该疑似目标判定为虚警，从步骤2中获取的疑似目标位置中删除；重复步骤3-5，完成对所有疑似目标的判别，实现虚警抑制。步骤5中相关系数序列的变化量，通过计算相关系数序列的均方根值获取。步骤4中，按步长s，遍历该区域，步长s取0.5-1.5d，d的选取应小于目标在两幅图像中运动距离D，即1<d<D。步骤5中阈值取0.01。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术根据图像差分目标检测的基本原理，利用背景杂波能量在不同配准精度下表征不稳定的特点，进行虚警目标辨别。采用本专利技术的方法，可以有效抑制由背景杂波引起的虚警目标，单次背景差分目标检测的虚警率可以降低两个数量级以上。附图说明图1为本专利技术流程图图2为虚警抑制前的目标检测结果；图3本专利技术虚警抑制结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。本具体实施方式提供了一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法，其主要步骤如图1所示，具体实施过程如下：(1)光学探测系统获取具有一定时间间隔的两幅图像，对于线列扫描探测系统，可以采用双线列探测系统，一次扫描获取具有一定时间间隔的两幅探测图像；对于面阵探测系统，采用视频成像方式，连续的两幅图像间具有一定的时间间隔。(2)对两幅图像采用亚像素配准方法进行图像配准，配准后的两幅图像表示为Ir1，Ir2，图像配准方法可以采用亚像素图像配准算法；(3)将配准后的图像进行差分处理，抑制复杂背景，得到残差图像；(4)对步骤3的残差图像，利用阈值分割方法，进行目标检测，得到所有疑似目标位置，记为(xi,yi)，i＝1...n，其中n为疑似目标个数，分割阈值的计算可以采用迭代阈值算法、基于恒虚警的自适应阈值方法等。(5)对于第i个疑似目标，以其位置(xi,yi)为中心，在Ir1中截取a×a大小的子区域，记为R1i；在Ir2中截取a×a大小的子区域，记为R2i；对于弱小目标检测，子区域的大小建议选为9×9～15×15；R1i，R2i进行差分计算，差分图像记为Diffi；(6)在Ir2中，以(xi,yi)为中心，在(a+d)×(a+d)区域范围，d的选取应小于目标在两幅图像中运动距离D，即1<d<D；按步长s，遍历该区域，步长s可取0.5-1.5d，当s取非整数时，应通过亚像素重采样进行子区域的截取；截取a×a大小的子区域与R1i进行差分计算，获取多向差分图像序列，记为Seqi；(7)将Seqi中的所有差分图像，分别与Diffi作相关计算，形成相关系数序列，记为Cori；(8)计算Cori中所有相关系数之间的变化量，计算所有相关系数的均方根值，若均方根值大于阈值Tc，则将第i个疑似目标判定为虚警，从疑似目标结果中删除；一般情况下，Tc可以取值为0.01，Tc的取值需要根据背景的复杂程度进行调整，当背景复杂度高，纹理丰富时，可以提高Tc的取值；(9)对于每个疑似目标，重复步骤5-8，完成对所有疑似目标的判别，实现虚警目标抑制。利用本专利技术进行红外弱小目标检测虚警抑制的仿真实验结果如图2，图3所示；图2是未进行虚警抑制前的目标检测结果，其中绿框表示正确的目标点，红框表示虚警点，由于目标能量弱、背景杂波强，检测结果中含有较多的虚警点；图3采用本专利技术方法进行虚警抑制后的结果。由仿真实验结果可见，本专利技术可以有效的去除由背景杂波引起的虚警目标，降低弱小目标检测的虚警率，采用本专利技术的方法，可以有效抑制由背景杂波引起的虚警目标，单次背景差分目标检测的虚警率可以降低两个数量级以上。本专利技术说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法，其特征在于，具体步骤为：(1)光学探测系统获取具有一定时间间隔的两幅图像，并对两幅图像进行图像配准，将配准后的图像进行差分计算，得到残差图像；(2)对残差图像进行疑似目标检测，得到所有疑似目标位置坐标；(3)根据疑似目标位置，在步骤1的残差图像上截取第一子区域差分图像；(4)在配准图像上，以步骤2所得到的疑似目标位置坐标为中心划取多向差分区域，遍历该区域，截取同步骤3第一子区域差分图像面积一致的多个子区域图像，对对应的两个子区域图像进行差分计算，得到第二子区域差分图像，每个第二子区域差分图像与步骤3中的第一子区域差分图像作相关计算，形成相关系数序列；(5)计算步骤4中相关系数序列的变化量，如果大于设定的阈值，则将该疑似目标判定为虚警，从步骤2中获取的疑似目标位置中删除；重复步骤3‑5，完成对所有疑似目标的判别，实现虚警抑制。

【技术特征摘要】
1.一种基于多向差分残差能量相关的检测虚警抑制方法，其特征在于，具体步骤为：(1)光学探测系统获取具有一定时间间隔的两幅图像，并对两幅图像进行图像配准，将配准后的图像进行差分计算，得到残差图像；(2)对残差图像进行疑似目标检测，得到所有疑似目标位置坐标；(3)根据疑似目标位置，在步骤1的残差图像上截取第一子区域差分图像；(4)在配准图像上，以步骤2所得到的疑似目标位置坐标为中心划取多向差分区域，遍历该区域，截取同步骤3第一子区域差分图像面积一致的多个子区域图像，对对应的两个子区域图像进行差分计算，得到第二子区域差分图像，每个第二子区域差分图像与步骤3中的第一子区域差分图像作相关计算，形成相关系数序列；(5)计算步骤4中相关系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：金挺，王世涛，王虎妹，董小萌，高宏霞，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11