基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法，包含以下步骤：(1)窗口扫描红外图像，得到窗口内图像近似为圆的方向数指标；(2)根据方向数，初步判断该窗口包含的图像为背景或是目标；(3)若窗口包含的图像为目标，计算窗口中目标形状的圆指数；(4)通过圆指数计算检测门限；(5)圆指数与检测门限进行比较，判断该窗口包含区域为背景或是目标。本发明专利技术利用焦平面对空间弱小目标红外成像近似为圆的调制特性，通过目标的形状判断，进行目标检测，仿真表明，本发明专利技术可有效去除噪声和传感器焦平面中强点和盲点的影响，对空间弱小目标检测有良好的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法
本专利技术属于目标检测领域，涉及空间背景下的点目标检测方法，特别涉及一种基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法。
技术介绍
当空间目标与红外传感器间的距离遥远，目标在红外图像中表现为所占像素较少的点目标，并且仅从红外图像上难以获得具体轮廓和形状，且信噪比较小。对空间点的检测对于发现太空垃圾、空间预警等有重要的意义。在空间目标的检测领域中有很多的方法，单帧的方法有top-hat滤波法、环绕中心差法滤波法、分形法滤波法等，这些方法对于空间目标检测具有一定的效果，但这些算法首先对背景进行预测，然后再在去除背景影响的基础上进行目标检测，就空间目标检测而言，空间背景相对干净，除恒星自身干扰、行星反射恒星能量干扰之外，几乎没有其他外界干扰，而相对繁琐的背景预测使算法变得复杂，实时性较差；同时，以上算法为兼顾其他复杂背景下的点目标的检测，没有充分考虑在空间中，弱小点目标受焦平面调制作用影响。红外图像中的像素点经过点扩散函数调制后，在红外图像中近似表现为圆形。目前常用的单帧图像点目标检测算法没有利用到焦平面的调制效应，另外也难以利用单帧图像有效地去除噪声、传感器焦平面中的强点和盲点所导致的假目标。通过本专利技术的检测方法，在有效检测红外图像中的点目标的同时，还可以有效去除由于噪声、焦平面的强点和盲点导致的虚警。
技术实现思路
本专利技术是针对目前单帧红外点目标检测在空间中应用时，程序较为复杂，实时性较差，没有充分考虑焦平面对空间点目标的调制作用，现存点目标检测算法，无法有效地去除噪声和传感器焦平面中强点和盲点的影响这些缺点，给出的一种基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法，其为一种新的空间红外点目标的检测方法，来实现空间中点目标的有效检测。本专利技术解决其技术问题所采用以下技术方案：一种基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法，包括以下具体步骤：步骤(1)、窗口扫描红外图像，得到窗口近似为圆的方向数指标；扫描窗口大小为M1×M2，I(x0,y0)为窗口中红外图像中心点的像素值，设置门限系数为th_coe，选择当x取值范围为[1,3]时，的函数值作为th_coe，其中，k为比例系数由成像系统性能决定；以中心点(x0,y0)为圆心，在圆周方向，等角度间隔设置N个扫描方向，其中且N为正整数；从(x0,y0)开始，将th_coe·I(x0,y0)与窗口内N个方向的像素值逐个进行比较：当第m(1≤m≤N,m为整数)个方向中(x0+i,y0+j)处的像素值I(x0+i,y0+j)，满足I(x0+i,y0+j)≥th_coe·I(x0,y0)时，将窗口中坐标为(x0+i,y0+j)处的值标记为1；当第m个方向的像素值I(x0+i,y0+j)，首次满足关系式I(x0+i,y0+j)＜th_coe·I(x0,y0)时，将窗口中坐标为(x0+i,y0+j)处的值标记为0，并记录该位置偏离窗口中心的坐标(i,j)，第m个方向的判断结束；当在窗口中，第m个方向中所有的像素值均不满足I(x0+i,y0+j)＜th_coe·I(x0,y0)，则将该方向所有位置标记为1，同样结束第m个方向的判断；当m＝N时，即所有方向均判断结束后，统计N个方向中标记为0的个数，记为n，n便为该窗口内图像近似为圆的方向数；步骤(2)、根据方向数，初步判断该窗口包含的图像为背景或是目标；设置方向数门限th1，若n＜N·th1，则该窗口表示背景，反之，则该窗口可能包含目标，进行下面步骤的计算，th1为常数，取值范围为[2/3,3/4]；步骤(3)、若窗口包含的图像为目标，计算窗口中目标形状的圆指数；计算面积比其中，num(1)表示扫描窗口经过步骤(1)得到的标记为1的像素数量；计算n个方向的距离和其中，lii为n个方向中第ii个方向标记为0的像素到窗口中心的距离，即计算n个方向距离的标准差STD＝std(l1,l2……,ln)，其中，std(·)为标准差的计算；通过以上关系式可计算该窗口形状指数其中i(1≤i≤Nw)，表示窗口编号，Nw表示可计算窗口形状指数的窗口数量；经过简单的变换可得，中心点为(x0,y0)的窗口所包含图像的形状近似为圆形的指标，定义为圆指数，圆指数为exp(·)表示指数形式，max(·)表示求最大值；步骤(4)、通过圆指数计算检测门限；检测门限为th＝mean(s)+k·std(s)，其中，mean(·)表示求均值，s表示new_λi＞1的点，k为系数，k的取值范围为[1,5]；步骤(5)、变换后圆指数与检测门限进行比较，判断该窗口包含区域为背景或是目标；new_λi与th比较，若new_λi＞th，则表示窗口包含区域为目标，反之，为背景。其中，所述步骤(1)中门限系数th_coe的设置，是由成像系统及点扩散函数决定的，选择当x取值范围为[1,3]时，的函数值作为th_coe，其中，k为比例系数由成像系统性能决定。其中，所述步骤(2)中设置方向数门限th1，若n＜N·th1，则该窗口表示背景，反之，则该窗口可能包含目标，进行下面计算，th1为常数，取值范围为[2/3,3/4]。其中，所述步骤(3)中计算面积比n个方向的距离和n个方向距离的标准差STD＝std(l1,l2……,ln)，窗口形状指数其中i(1≤i≤Nw)，表示窗口编号，Nw表示可计算窗口形状指数的窗口数量，窗口中图像形状的圆指数其中，所述步骤(4)中检测门限为th＝mean(s)+k·std(s)，其中，mean(·)表示求均值，s表示new_λi＞1的点的值，k为系数，k的取值范围为[1,5]。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术与top-hat等单帧检测算法相比，可有效地去除噪声和传感器焦平面中强点和盲点的影响。(2)本专利技术实现的算法不涉及复杂运算，实现过程简单易行。附图说明图1为本专利技术基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法的流程图；图2为仿真红外图像的局部像素值以及所选取的方向；图3为图2的8个方向经过门限比较后的结果；图4为仿真生成的空间红外原图像；图5为本专利技术算法对图4的检测结果。具体实施方式下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本专利技术。空间弱小点目标检测就是将空间中的弱小的目标检测出来，主要依赖于目标自身的红外特性以及目标与周围环境的差异来检测目标，在本专利技术中，给出了空间红外点目标的一个新的特征，即点目标经过焦平面的调制作用后，红外图像近似为圆形，并给出了这一新的特征的计算方法和检测方法，本专利技术基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法，其流程图如图1所示，具体包含如下5步骤：1、窗口扫描红外图像，得到窗口近似为圆的方向数指标；在该步骤中，扫描窗口大小为M1×M2，I(x0,y0)为窗口中红外图像中心点的像素值，根据红外成像系统的性能，以及点扩散函数，设置门限系数为th_coe，选择当x取值范围为[1,3]时，的函数值作为th_coe，其中，k为比例系数，由成像系统性能决定；以中心点(x0,y0)为圆心，在圆周方向，等角度间隔设置N个扫描方向，其中且N为正整数；从(x0,y0)开始，将th_coe·I(x0,y0)与窗口内N个方向的像素值逐个进行比较：当第m(1≤m≤N,m为整数)个方向中(x0+i,y0+j)处的像素值I(x0+i,y本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤(1)、窗口扫描红外图像，得到窗口内图像近似为圆的方向数指标；扫描窗口大小为M1×M2，I(x0,y0)为窗口中红外图像中心点的像素值，根据红外成像系统的性能，以及点扩散函数，设置门限系数为th_coe，选择当x取值范围为[1,3]时，的函数值作为th_coe，其中，k为比例系数，由成像系统性能决定；以窗口中心点(x0,y0)为圆心，在圆周方向，等角度间隔设置N个扫描方向，其中且N为正整数；从(x0,y0)开始，将th_coe□I(x0,y0)与窗口内N个方向的像素值逐个进行比较：当第m(1≤m≤N,m为整数)个方向中(x0+i,y0+j)处的像素值I(x0+i,y0+j)，满足I(x0+i,y0+j)≥th_coe□I(x0,y0)时，将窗口中坐标为(x0+i,y0+j)处的值标记为1；当第m个方向的像素值I(x0+i,y0+j)，首次满足关系式I(x0+i,y0+j)＜th_coe□I(x0,y0)时，将窗口中坐标为(x0+i,y0+j)处的值标记为0，并记录该位置偏离窗口中心的坐标(i,j)，第m个方向的判断结束；当在窗口中，第m个方向中所有的像素值均不满足I(x0+i,y0+j)＜th_coe□I(x0,y0)，则将该方向所有位置标记为1，同样结束第m个方向的判断；当m＝N时，即所有方向均判断结束后，统计N个方向中标记为0的个数，记为n，n便为该窗口内图像近似为圆的方向数；步骤(2)、根据方向数，初步判断该窗口包含的图像为背景或是目标；设置方向数门限th1，若n＜Nth1，则该窗口表示背景，反之，则该窗口可能包含目标，进行下面步骤的计算，th1为常数，取值范围为[2/3,3/4]；步骤(3)、若窗口包含的图像为目标，计算窗口中目标形状的圆指数；计算面积比其中，num(1)表示扫描窗口经过步骤(1)得到的标记为1的像素数量；计算n个方向的距离和其中，lii为n个方向中第ii个方向标记为0的像素到窗口中心的距离，即计算n个方向距离的标准差STD＝std(l1,l2……,ln)，其中，std(□)为标准差的计算；通过以上关系式可计算该窗口形状指数经过简单的变换可得，中心点为(x0,y0)的窗口所包含图像的形状近似为圆形的指标，定义为圆指数，圆指数为exp(□)表示指数形式，max(□)表示求最大值；步骤(4)、通过圆指数计算检测门限；检测门限为th＝mean(s)+k·std(s)，其中，mean(□)表示求均值，s表示new_λ＞1的点，k为系数，k的取值范围为[1,5]；步骤(5)、圆指数与检测门限进行比较，判断该窗口包含的图像为背景或是目标；new_λ与th比较，若new_λ＞th，则表示窗口包含的图像为目标，反之，为背景。...

【技术特征摘要】
1.基于焦平面调制特性的空间点目标检测方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤(1)、窗口扫描红外图像，得到窗口内图像近似为圆的方向数指标；扫描窗口大小为M1×M2，I(x0,y0)为窗口中红外图像中心点的像素值，根据红外成像系统的性能，以及点扩散函数，设置门限系数为th_coe，选择当x取值范围为[1,3]时，的函数值作为th_coe，其中，k为比例系数，由成像系统性能决定；以窗口中心点(x0,y0)为圆心，在圆周方向，等角度间隔设置N个扫描方向，其中且N为正整数；从(x0,y0)开始，将th_coe·I(x0,y0)与窗口内N个方向的像素值逐个进行比较：当第m个方向中(x0+i,y0+j)处的像素值I(x0+i,y0+j)，其中，1≤m≤N,m为整数，满足I(x0+i,y0+j)≥th_coe·I(x0,y0)时，将窗口中坐标为(x0+i,y0+j)处的值标记为1；当第m个方向的像素值I(x0+i,y0+j)，首次满足关系式I(x0+i,y0+j)＜th_coe·I(x0,y0)时，将窗口中坐标为(x0+i,y0+j)处的值标记为0，并记录该位置偏离窗口中心的坐标(i,j)，第m个方向的判断结束；当在窗口中，第m个方向中所有的像素值均不满足I(x0+i,y0+j)＜th_coe·I(x0,y0)，则将该方向所有位置标记为1，同样结束第m个方向的判断；当m＝N时，即所有方向均判断结束后，统计N个方向中标记...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文光，李晨鸣，石家宁，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11