用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及空间红外相机信息处理技术领域，本发明专利技术公开了用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法及其系统，用于高帧频红外焦平面探测器中多抽头读出方式下出现的跨像元展宽点目标分裂现象，构建目标跨像元展宽分裂退化模型，并利用分裂点之间的强相关性，设计预检测、能量维度迭代、模型更新、后检测的目标检测流程，通过单帧形态学滤波与多假设跟踪关联实现分裂点各观测的检测与独立跟踪，获取分裂点统计信息，然后将标准矫正后的退化模型映射到当前检测图像，并在能量维度的迭代更新模型参数，从而实现目标质心修正，本发明专利技术技术方案能够提升空间红外遥感仪器定位精度与目标辨识能力，使其有效区分多目标和分裂点造成的假目标。标。标。

【技术实现步骤摘要】
用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法及其系统


[0001]本专利技术涉及空间红外相机信息处理
，尤其涉及用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法。

技术介绍

[0002]在机载红外探测、卫星遥感等领域，探测器往往采用多抽头交替间隔读出方式数倍提升成像帧频，以满足高时间分辨率的探测需求。但由于读出电路带宽不足，光学系统点扩散以及受点目标跨像元效应的影响，在对以恒星为主的点目标成像时，目标跨像元展宽，多抽头间隔读出以及固定像元排列下，目标呈现分裂点现象。高帧频红外焦平面探测器高增益响应与高频读出下，分裂点现象更加突出，使得红外遥感仪器定位精度、目标辨识能力下降。
[0003]现有基于视觉显著性算法利用目标类高斯分布特性以及背景一致性特征，通过构建多窗口和引入多局部对比度测度来构造显著性映射，整体检测效果较优。但用于跨像元展宽“分裂”后的目标，灰度分布不再满足类高斯特性，计算显著性映射所用窗口失效，容易漏检分裂的“尾巴”。
[0004]除此之外，仅依托单帧获取的空域信息，无法兼顾分裂点目标高检测概率、低虚警率的检测需求，需进一步结合时域信息，通过多帧数据关联，以实现分裂点目标多观测的独立跟踪。常用数据关联跟踪技术有全局最近邻关联、联合概率数据关联与多假设跟踪算法。其中全局最近邻关联与联合概率数据关联两种算法均为单次扫描型方法，当前帧的轨迹关联只取决于上一帧的关联决策与当前帧的观测数据，在各关联目标间邻近时，容易发生轨迹误跟踪。

技术实现思路

[0005]用于上述现有高帧频红外焦平面探测器成像分裂点目标形态检测研究算法存在空缺，且对此目标形态的辨识能力较差；现有技术采用单次扫描型方法在各关联目标间邻近时，容易发生轨迹误跟踪的问题，本专利技术提供用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法，通过多假设跟踪技术联合多次扫描的观测数据，延迟判决轨迹关联，可以有效减少邻近轨迹交错，提升高帧频红外焦平面探测器的多目标辨识能力；通过修正的质心定位误差提升高帧频红外焦平面探测器的定位精度。
[0006]用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法，包括以下步骤：
[0007]S1、接收一帧红外图像，基于可疑目标建立潜在轨迹假设树，对下一帧状态进行预测；接收下一帧红外图像，对各观测与各轨迹当前帧预测状态之间的门控关系进行判定；
[0008]S2、基于轨迹假设树生成对应的加权无向图，通过求解加权无向图的最大加权独立集生成各轨迹全局最优假设，根据扫描时刻k求解的全局最优假设，回溯到第k
‑
N1时刻的节点，修剪偏离当前最优假设的分支，确认k
‑
N1+1时刻的关联决策，连续关联第N2帧图像，通过轨迹长度与真实关联点占比筛选目标轨迹；
[0009]S3、统计确认轨迹间的坐标差值，与探测器抽头数p进行比较，记录轨迹对及的满足条件，当N3帧判断轨迹对满足此条件时，获得分裂点统计信息；
[0010]S4、构建目标跨像元展宽分裂退化模型，基于分裂点统计信息，确定目标跨像元展宽分裂退化模型的合理性，当偏差值大于阈值时，进行目标跨像元展宽分裂退化模型的的迭代修正，并更新模型参数，重新用于检测图像。
[0011]进一步的，所述步骤S1包括：
[0012]S101、接收一帧红外图像，进行单帧形态学滤波，通过增强红外图像的目标显著性，获得增强图像，对增强图像进行阈值分割，筛选出可疑目标；
[0013]S102、对每个可疑目标建立潜在轨迹假设树，初始化轨迹状态，构造卡尔曼滤波器，预测可疑目标的下一帧状态，并初始化轨迹得分；
[0014]S103、接收新一帧检测图像，判定各观测与各轨迹当前帧预测状态之间的门控关系，对在某轨迹关联门控内的观测，执行轨迹关联；对不在任何轨迹关联门控内的观测，执行轨迹起始，重新执行所述步骤S102。
[0015]进一步的，所述步骤S2包括：根据构建的轨迹假设树生成对应加权无向图G＝(V，E，W)，G中顶点vi∈V定义为航迹节点顶点vi的权重wi∈W定义为航迹得分对于两条不兼容的轨迹与对应顶点v
i
与vj用边(i，j)∈E相连；通过求解无向图的最大加权独立集生成各轨迹全局最优假设，最大加权独立集的表达式为：
[0016][0017][0018]其中，是一个二值变量,表示第i条航迹是否包含与最优解中。
[0019]进一步的，所述步骤S3中，所述记录轨迹对及的满足条件，满足条件的表示表达式为：
[0020][0021]轨迹对的坐标分别为(X
i
，Y
i
)与(X
j
，Y
j
)，连续N3帧判断轨迹对是否均满足此条件，若不满足，则判定为多个目标产生的轨迹；若满足，则获得分裂点统计信息。
[0022]进一步的，所述步骤S4中，通过目标跨像元展宽分裂退化模型信号展宽，用低通滤波器来表示，设定采样偏差与滤波带宽；
[0023]进一步的，所述步骤S4中，根据分裂点统计信息，将构建的目标跨像元展宽分裂退化模型映射到当前检测图像，计算模型解算质心，并与聚能合成的理想质心比较质心偏差，通过与设定的偏差阈值比较，验证目标跨像元展宽分裂退化模型的合理性，当偏差超过阈值时，则不合理，进行目标跨像元展宽分裂退化模型的迭代修正，更新模型参数，并更新模型参数，重新用于检测图像。
[0024]用于跨像元展宽目标的检测与质心修正系统，包括：
[0025]第一单元，所述第一单元用于接收一帧红外图像，基于可疑目标建立潜在轨迹假设树，对下一帧状态进行预测；接收下一帧红外图像，对各观测与各轨迹当前帧预测状态之间的门控关系进行判定；
[0026]第二单元，所述第二单元基于轨迹假设树生成对应的加权无向图，通过求解加权无向图的最大加权独立集生成各轨迹全局最优假设，根据扫描时刻k求解的全局最优假设，回溯到第k
‑
N1时刻的节点，修剪偏离当前最优假设的分支，确认k
‑
N1+1时刻的关联决策，连续关联第N2帧图像，通过轨迹长度与真实关联点占比筛选目标轨迹；
[0027]第三单元，所述第三单元用于统计确认轨迹间的坐标差值，与探测器抽头数p进行比较，记录轨迹对及的满足条件，当N3帧判断轨迹对满足此条件时，获得分裂点统计信息；
[0028]第四单元，所述第四单元用于构建目标跨像元展宽分裂退化模型，基于分裂点统计信息，确定目标跨像元展宽分裂退化模型的合理性，当偏差值大于阈值时，进行目标跨像元展宽分裂退化模型的的迭代修正，并更新模型参数，重新用于检测图像。
[0029]一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机的处理器执行时，使计算机执行所述的用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法。
[0030]一种电子设备，其特征在于，包括：存储器，存储有计算机程序；处理器，读取存储器存储的计算机程序，以执行所述的用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法。
[0031]一种计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、接收一帧红外图像，基于可疑目标建立潜在轨迹假设树，对下一帧状态进行预测；接收下一帧红外图像，对各观测与各轨迹当前帧预测状态之间的门控关系进行判定；S2、基于轨迹假设树生成对应的加权无向图，通过求解加权无向图的最大加权独立集生成各轨迹全局最优假设，根据扫描时刻k求解的全局最优假设，回溯到第k
‑
N1时刻的节点，修剪偏离当前最优假设的分支，确认k
‑
N1+1时刻的关联决策，连续关联第N2帧图像，通过轨迹长度与真实关联点占比筛选目标轨迹；S3、统计确认轨迹间的坐标差值，与探测器抽头数p进行比较，记录轨迹对及的满足条件，当N3帧判断轨迹对满足此条件时，获得分裂点统计信息；S4、构建目标跨像元展宽分裂退化模型，基于分裂点统计信息，确定目标跨像元展宽分裂退化模型的合理性，当偏差值大于阈值时，进行目标跨像元展宽分裂退化模型的的迭代修正，并更新模型参数，重新用于检测图像。2.根据权利要求1所述的用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S101、接收一帧红外图像，进行单帧形态学滤波，通过增强红外图像的目标显著性，获得增强图像，对增强图像进行阈值分割，筛选出可疑目标；S102、对每个可疑目标建立潜在轨迹假设树，初始化轨迹状态，构造卡尔曼滤波器，预测可疑目标的下一帧状态，并初始化轨迹得分；S103、接收新一帧检测图像，判定各观测与各轨迹当前帧预测状态之间的门控关系，对在某轨迹关联门控内的观测，执行轨迹关联；对不在任何轨迹关联门控内的观测，执行轨迹起始，重新执行所述步骤S102。3.根据权利要求1所述的用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法，其特征在于，所述步骤S2包括：根据构建的轨迹假设树生成对应加权无向图G＝(V，E，W)，G中顶点vi∈V定义为航迹节点顶点vi的权重wi∈W定义为航迹得分对于两条不兼容的轨迹与对应顶点v
i
与vj用边(i，j)∈E相连；通过求解无向图的最大加权独立集生成各轨迹全局最优假设，最大加权独立集的表达式为：全局最优假设，最大加权独立集的表达式为：其中，是一个二值变量,表示第i条航迹是否包含与最优解中。4.根据权利要求1所述的用于跨像元展宽目标的检测与质心修正方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述记录轨迹对及的满足条件，满足条件的表示表达式为：
轨迹对的坐标分别为(X
i
，Y
i
)与(X
j
，Y

【专利技术属性】
技术研发人员：何青叶，林长青，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：