[發明專利]一種基于單幀紅外圖像的點目標的實時檢測方法

有效

• 申請號: 201010242455.6
• 申請日: 2010-07-30
• 公開（公告）號: CN102346910A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 卞春江;蓋芳欽;盛大鵬;張磊;馮氺春;張倫
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明屬于紅外成像檢測系統的技術領域，特別涉及一種基于單幀紅外圖像的點目標的實時檢測方法。

背景技術

近年來，人們研制了各種各樣的目標檢測系統，如：脈沖多普勒雷達、相控陣雷達、紅外成像等。在這些目標檢測系統中，紅外成像檢測系統由于其處理的是多維信號(二維空間信號和一維時間信號)，而且是一種被動檢測技術，因此，與其它類型的檢測系統相比較而言具有隱蔽性好、抗干擾能力強、跟蹤精度高等優點，而且，紅外目標檢測系統以其全天候工作的特點成為最具發展前途的成像檢測系統之一。

從20世紀70年代末，國外學者就開始研究紅外圖像點目標檢測問題，提出了許多有實際意義的實時檢測算法和實時處理機體系結構。近十幾年我國一些大學也開展了這方面的研究，至今，紅外點目標檢測仍是研究的熱點。紅外點目標檢測有多幀檢測和單幀檢測。

經典的單幀圖像點目標檢測分為背景抑制和閾值選取二值化兩大步，背景抑制是指通過抑制背景來增強目標與背景的對比度，從而為后續的目標檢測提供較好的基礎，單幀圖像背景抑制利用紅外圖像背景相關性強的特點，通過鄰域像素估計出當前像素的背景灰度值，然后與原圖像做差值，達到背景抑制的效果。

首先，對單幀圖像背景抑制得到不含背景的殘差圖像。背景抑制是點目標檢測中的重要步驟，背景抑制的結果直接影響后續步驟的可行性和復雜性。

紅外點目標當其距離觀察點較遠時，無形態及紋理信息可以利用，而且目標成像強度較弱，目標亮度有時會低于一些背景中高亮度的干擾物。但是一般來說，目標與其周圍的背景相比有較明顯的亮度差，檢測點目標時除了利用目標本身的灰度信息外，必須利用目標周圍的灰度分布和灰度起伏特征。

然后，選擇閾值使殘差圖像二值化，得到可疑目標點。這時，理想情況下圖像中只包含目標點和高斯噪聲。閾值通常采用恒虛警準則來選取，閾值由統計量和恒虛警率計算得到，具體計算公式如公式1所示：

Th＝μ-σΦ^-1(P_f)????(1)

上式中，μ為區域內像元灰度均值，σ為區域內像元灰度標準差，P_f為目標檢測虛警率。上述閾值計算公式是基于殘差數據符合高斯分布假設的，而實際上殘差數據并不完全符合高斯分布，因此，可以通過調整Φ^-1(P_f)來得到預期的閾值。在實際應用中，通常采用自適應閾值選取方法，也就是把圖像分成相同大小的圖像塊，每個圖像塊選取一個閾值把塊內圖像進行二值化。

傳統單幀紅外圖像點目標檢測方法流程圖，如圖1所示，具體檢測方法的步驟如下：

(1)對圖像中的每個像元f(i，j)做如下處理：在如圖2所示的鄰域像元范圍內取平均值作為均值濾波背景估計，得到一幅背景估計圖像；

(2)用原輸入圖像減去步驟(1)中得到的背景估計圖像，得到殘差圖像；

(3)將圖像分塊，計算每塊圖像的均值μ和標準差σ；

(4)根據恒虛警準則，由公式(1)計算出每塊圖像的二值化閾值，將殘差圖像中大于所在塊的閾值的點設為1，其他點設為0，得到二值化圖像，二值化圖像中為1的點就是檢測到的目標點。

通過對六組(每組圖像30幅)衛星紅外圖像做實驗，根據單幀檢測率達到95％以上來調整閾值，得到實驗結果如表1所示。

表1傳統單幀紅外圖像點目標檢測方法實驗結果