一种天空背景下红外弱小目标实时检测方法技术

本发明专利技术涉及一种红外弱小目标检测方法，具体涉及一种天空背景下红外弱小目标实时检测方法。本发明专利技术的目的是解决现有天空背景下红外弱小目标检测中存在若采用基于序列的检测方法，计算复杂，难以实现实时应用，若采用基于单帧的检测方法，对比度检测精度容易受到杂波影响，在低信杂比场景下的弱小目标检测性能较差，且稀疏问题优化求解计算复杂，无法在工程上进行实时应用的技术问题，提供一种天空背景下红外弱小目标实时检测方法。该方法通过差分高斯滤波器提取占像元总数预定比例的像元作为备选目标，再通过将备选目标的局部对比度和梯度信息相结合的方法，增强目标，抑制背景杂波和噪声干扰，实现快速、高性能地实时检测弱小目标。小目标。小目标。

【技术实现步骤摘要】
一种天空背景下红外弱小目标实时检测方法


[0001]本专利技术涉及一种红外弱小目标检测方法，具体涉及一种天空背景下红外弱小目标实时检测方法。

技术介绍

[0002]红外搜索与跟踪系统(infrared searching and tracking,IRST)广泛应用于安防和搜救等领域，红外弱小目标检测性能决定了系统的作用距离，因此是红外搜索与跟踪系统的关键技术之一。根据国际光电工程学会(SPIE)定义，把红外图像中占据像元数量小于9
×
9的目标定义为小目标。在天基、空基红外预警系统中，由于作用距离较远，目标尺寸通常为3
×
3，甚至更小，且云层及杂波的干扰很强，使得目标检测难度较大。
[0003]根据调研国内外研究机构和学者对天空背景下的红外弱小目标检测技术的研究情况，目前主流的检测方法可分为两大类：基于序列的检测方法和基于单帧的检测方法。其中，基于序列的检测方法精度高，但计算复杂，现有的技术难以在IRST系统中实现实时应用；而基于单帧的检测方法比基于序列的检测方法计算量更低，因此，目前IRST系统中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天空背景下红外弱小目标实时检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用等效差分高斯滤波公式(2)逐像元处理天空背景下包含尺寸小于9
×
9的红外弱小目标的输入图像I
in
，得到滤波结果I
D
；DoG(i,j,σ1,σ2)＝DoG(i,j,σ1,σ
t
)+DoG(i,j,σ
t
,σ2),
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，(i,j)是像元坐标，σ1和σ2均是高斯函数的标准差参数，σ1＝1.07，σ2＝2.71；2)利用灰度强度计算滤波结果I
D
的累积分布函数，利用累积分布函数计算占总像元预定比例且灰度值最大的像元的阈值；3)根据阈值分割滤波结果I
D
，生成二值化的掩模I
M
，遍历掩模I
M
中所有非0像元并生成其尺度因子s；4)根据步骤1)所得滤波结果I
D
与步骤3)所得掩模I
M
和尺度因子s计算对比度图I
C
；根据输入图像I
in
、掩模I
M
和尺度因子s计算梯度图I
G
；计算对比度图I
C
和梯度图I
G
的乘积I
S
作为探测结果；5)对探测结果I
S
进行迭代分割，输出二值化图像I
B
，二值化图像I
B
即为红外弱小目标的最终图像，其中取值为1的像元代表探测到的弱小目标，取值为0的像元代表背景。2.根据权利要求1所述的天空背景下红外弱小目标实时检测方法，其特征在于，步骤3)的具体步骤如下：3.1)根据阈值分割滤波结果I
D
，生成二值化的掩模I
M
；3.2)遍历掩模I
M
中由非0像元组成的全部连通区域和独立非0像元，对独立非0像元直接生成其尺度因子s，对每个连通区域用全1矩阵进行卷积计算，生成该连通区的尺度因子s，同一个连通区域内像元的尺度因子s相同；3.3)以当前遍历到的像元为中心，目标区域大小为s
×
s，局部背景区域大小为3s
×
3s，s为步骤3.2)所得尺度因子s。3.根据权利要求2所述的天空背景下红外弱小目标实时检测方法，其特征在于，步骤4)的具体步骤如下：4.1)根据公式(3)计算当前像元的局部对比度：其中，μ
t
为滤波结果I
D
中以像元(i,j)为中心的目标区域内所有像元的均值，μ
b
和σ
b
分别为以像元(i,j)为中心的局部背景区域内所有像元的均值和标准差；4.2)把以像元(i,j)为中心、大小为3s
×
3s的区域划分成四个象限，计算当前像元在四个象限分别的梯度G
Q1
，G
Q2
，G
Q3
和G
Q4
；4.3)根据公式(8)计算当前像元的局部梯度值：其中，为G
Q1
，G
Q2
，G
Q3
和G
Q4
的均值，和为惩罚因子；令代表每个象限的梯度索引差，惩罚因子为四个象限梯度索引差的总和；惩罚因子为二值化参数，当四个象限最大梯度方向一致，或有至少两个象限主方向的梯度为负值时，取值为0；其他情况下
取值均为1；4.4)根据I
S
(i,j)＝I
C
(i,j)
×
I
G
(i,j)，计算当前像元的探测结果I
S
；4.5)重复步骤3.2)至步骤4.4)，完成对掩模I
M
内所有非0像元的遍历，得到掩模I
M
内所有非0像元的探测结果Is。4.根据权利要求3所述的天空背景下红外弱小目标实时检测方法，其特征在于，步骤3.2)中所述对每个连通区域用全1矩阵进行卷积计算，生成该连通区的尺度因子s的具体步骤如下：设全1矩阵的尺寸为n
×
n，n的取值由3开始依次增加；当卷积得到的矩阵中最大元素大于n
×
(n-1)时，对n加1后再次进行卷积计算，根据n的取值得到像元的尺度因子s，当n≤3时，令s＝3；当n为奇数且n＞3时，令s＝n，当n为偶数且n＞3时，令s＝n+1。5.根据权利要求4所述的天空背景下红外弱小目标实时检测方法，其特征在于，步骤4.2)中所述计算当前像元在四个象限分别的梯度G
Q1
，G
Q2
，G
Q3
和G
Q4
的具体步骤如下：分别对每个象限进行八个方向梯度滤波，八个方向梯度滤波输出为矩阵，用S
ij<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈耀弘，马迎军，易波，谢庆胜，陈卫宁，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：