[發(fā)明專利]一種基于鄰域結(jié)構(gòu)的背景抑制方法和系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710415948.7
• 申請(qǐng)日: 2017-06-05
• 公開（公告）號(hào): CN107194896B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左崢嶸;張穎;桑農(nóng);胡靜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06K9/62
• 代理公司: 42201 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 李智;曹葆青

本發(fā)明公開了一種基于鄰域結(jié)構(gòu)的背景抑制方法和系統(tǒng)，其中方法的實(shí)現(xiàn)包括：基于鄰域像素點(diǎn)的灰度值得到結(jié)構(gòu)向量，計(jì)算結(jié)構(gòu)向量與鄰域結(jié)構(gòu)模板的相似性度量，將鄰域結(jié)構(gòu)模板分為目標(biāo)模板和背景模板，利用相似性度量得到像素點(diǎn)為背景點(diǎn)的背景似然值和像素點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)似然值；若目標(biāo)似然值與背景似然值的比值大于等于閾值，則像素點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，否則，像素點(diǎn)為背景點(diǎn)；以鄰域像素點(diǎn)集合中背景點(diǎn)的灰度均值作為背景估計(jì)值，若像素點(diǎn)為背景點(diǎn)，直接抑制，若像素點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，將目標(biāo)點(diǎn)的灰度值減去背景估計(jì)值進(jìn)行背景抑制。本發(fā)明同時(shí)具有良好的抑制效果、對(duì)不同背景類型的自適應(yīng)性以及滿足實(shí)時(shí)計(jì)算要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于鄰域結(jié)構(gòu)的背景抑制方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

紅外技術(shù)的快速發(fā)展，使其廣泛應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域，在精確制導(dǎo)，預(yù)警監(jiān)視，光學(xué)遙感，夜間導(dǎo)航等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。紅外小目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，遠(yuǎn)距離的弱小紅外小目標(biāo)極易湮沒(méi)在復(fù)雜背景中而難以被探測(cè)到。

目前的小目標(biāo)檢測(cè)主要分空域和時(shí)域兩大類，時(shí)域算法由于有多幀信息，往往可以取得較好的效果，然而，在動(dòng)平臺(tái)探測(cè)系統(tǒng)下，該類算法需要進(jìn)行幀間圖像配準(zhǔn)，以消除背景運(yùn)動(dòng)雜波，從而導(dǎo)致算法復(fù)雜，計(jì)算量大，增大了探測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性。

空域背景抑制方法可分為線性方法和非線性方法兩大類，大致歸為三類：模板濾波，預(yù)測(cè)濾波，形態(tài)學(xué)濾波。模板濾波有傳統(tǒng)的均值濾波，中值濾波，去最大中值濾波，高斯濾波。這類方法計(jì)算量小，參數(shù)少，但對(duì)復(fù)雜背景抑制效果能力還不足。典型的預(yù)測(cè)濾波算法有二維最小均方差濾波TDLMS，該算法利用輸出信號(hào)與期望信號(hào)均方差最小達(dá)到濾波的目的。該算法中的收斂率參數(shù)需根據(jù)不同的圖像特性來(lái)設(shè)置，其收斂速度常難于滿足實(shí)時(shí)要求，對(duì)強(qiáng)雜波背景的抑制能力也不足。top-hat濾波算法是小目標(biāo)檢測(cè)中常用的形態(tài)學(xué)濾波方法，形態(tài)學(xué)濾波方法需要根據(jù)背景雜波及目標(biāo)的特性設(shè)計(jì)合適形態(tài)學(xué)算子和結(jié)構(gòu)元素，以實(shí)現(xiàn)背景雜波的抑制，但圖像的結(jié)構(gòu)往往是不同的，而且同一幅圖像中不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)也往往不一致，導(dǎo)致該類方法對(duì)不同背景類型的適應(yīng)性不強(qiáng)。

由此可見，現(xiàn)有技術(shù)存在難以同時(shí)具有良好的抑制效果、對(duì)不同背景類型的自適應(yīng)性以及實(shí)時(shí)計(jì)算要求的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于鄰域結(jié)構(gòu)的背景抑制方法和系統(tǒng)，由此解決現(xiàn)有技術(shù)存在難以同時(shí)具有良好的抑制效果、對(duì)不同背景類型的自適應(yīng)性以及實(shí)時(shí)計(jì)算要求的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于鄰域結(jié)構(gòu)的背景抑制方法，包括：

(1)選取圖像中的任意一個(gè)像素點(diǎn)，得到以像素點(diǎn)為中心的鄰域像素點(diǎn)集合，將鄰域像素點(diǎn)集合劃分為前景像素點(diǎn)子集和背景像素點(diǎn)子集，基于前景像素點(diǎn)子集的前景像素點(diǎn)灰度平均值和背景像素點(diǎn)子集的背景像素點(diǎn)灰度平均值構(gòu)建像素點(diǎn)的鄰域結(jié)構(gòu)模板；

(2)基于鄰域像素點(diǎn)的灰度值得到結(jié)構(gòu)向量，計(jì)算結(jié)構(gòu)向量與鄰域結(jié)構(gòu)模板的相似性度量，將鄰域結(jié)構(gòu)模板分為目標(biāo)模板和背景模板，利用相似性度量得到像素點(diǎn)為背景點(diǎn)的背景似然值和像素點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)似然值；

(3)若目標(biāo)似然值與背景似然值的比值大于等于閾值，則像素點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，否則，像素點(diǎn)為背景點(diǎn)；

(4)以鄰域像素點(diǎn)集合中背景點(diǎn)的灰度均值作為背景估計(jì)值，若像素點(diǎn)為背景點(diǎn)，直接抑制，若像素點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)，將目標(biāo)點(diǎn)的灰度值減去背景估計(jì)值進(jìn)行背景抑制。

進(jìn)一步的，鄰域結(jié)構(gòu)模板包括：其中，f表示前景像素點(diǎn)灰度平均值，b表示背景像素點(diǎn)灰度平均值。

進(jìn)一步的，步驟(2)包括：

(2-1)基于圖像像素點(diǎn)p_i,j處的鄰域像素點(diǎn)的灰度值得到結(jié)構(gòu)向量：