[發明專利]基于慣導信息輔助和背景差分法的紅外弱小移動目標檢測方法

在審

• 申請號: 201711230807.4
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107945212A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 楊小岡;盧瑞濤;李傳祥;任世杰;李維鵬;王國超
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G06T7/254
• 分類號: G06T7/254;G06T7/11
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 閔岳峰

技術領域

本發明屬于飛行器視覺導航與紅外成像制導仿真技術領域，具體涉及一種基于慣導信息輔助和背景差分法的紅外弱小移動目標檢測方法。

背景技術

全捷聯紅外成像技術是飛行器精確導航與制導領域發展的重要方向之一，而盡快的識別和鎖定目標對于飛行器視覺導航和紅外成像制導有著重要的意義。當移動目標與飛行器距離較遠時(通常兩公里以上)，弱小目標在圖像中所占的像素非常少，一般只有幾個或者十幾個像素，無形狀、尺寸和紋理等信息可以利用，并且低信噪比的復雜背景下存在大量的噪聲干擾，因此紅外弱小移動目標的檢測是計算機視覺和紅外成像制導的研究難點。

傳統的紅外弱小移動目標檢測算法大都是基于濾波的單幀檢測算法，只利用弱小目標的灰度奇異特性，并沒有利用弱小目標的移動特性，這類算法在背景比較平穩的情況下能取得較好的結果，但是對于存在強干擾的地面背景圖像，如果大量的亮斑、強邊緣和高亮區域，這類算法的性能會急劇下降。檢測運動目標最常用的方法是背景差分法，但是由于飛行器存在運動，背景先驗知識并不得知，背景的模型很難建立，因此檢測性能也不理想。目前絕大多數的飛行器都配置有捷聯慣性設備，可以方便的獲取飛行器的位置和姿態信息，由于探測器與飛行器固聯，可以利用已知的慣導信息對背景進行建模。因此，有必要研究一種基于慣導信息輔助的背景差分方法實現對紅外弱小目標的有效檢測。

發明內容

為了克服傳統檢測算法在檢測紅外弱小移動目標時存在誤檢率高、可靠性低以及環境適應能力差等缺點，本發明提供一種基于慣導信息輔助和背景差分法的紅外弱小移動目標檢測方法，基于飛行器配置的捷聯慣性設備，充分利用弱小移動目標的運動特性，利用慣導信息對序列圖像進行依次校正，消除飛行器運動引起的圖像的位置和姿態發生的變化；然后利用景像匹配的方法實現精確的位置校正；進而對校正后的圖像序列進行融合以得到靜態背景；最后通過背景差分和閾值分割的方法實現對弱小移動目標的有效檢測。本發明提出的基于序列圖像紅外弱小目標檢測算法，可以克服飛行器運動的影響，實現在復雜地面環境下的弱小移動目標的自動檢測。

本發明采用如下的技術方案來實現：

基于慣導信息輔助和背景差分法的紅外弱小移動目標檢測方法，包括如下步驟：

步驟1：利用慣導信息把歷史幀圖像校正到當前幀飛行器姿態下的成像；

步驟2：基于爬山法的匹配算法實現快速位置校正；

步驟3：利用高斯加權對背景進行建模；

步驟4：背景差分，利用閾值分割檢測移動目標。

本發明進一步的改進在于，步驟1的具體實現方法如下：

步驟1.1：兩幀圖像之間的坐標變換模型計算；空間中一點P的世界坐標為P(x,y,z)，在飛行器攝像機t₁和t₂兩個時刻所成的像分別為P₁、P₂，那么對于t₁時刻的像P₁有：

其中s₁為尺度因子，表示在t₁時刻攝像機坐標系下Z軸的坐標，也即景深，α_x,α_y表示探測器的內部參數；

假設通過捷聯慣導獲得飛行器的位置和姿態信息分別為：λ經度、L緯度和h高度，以及θ俯仰角、偏航角和γ滾動角，R，t分別表示世界坐標系到t₂時刻攝像機坐標系之間的旋轉矩陣和平移分量，則有：

式中：為彈體系到攝像機系的變換矩陣；為導航系到彈體系的變換矩陣；E為攝像機所對應的地心系坐標；為地心系到導航系的變換矩陣；

同理，則表示攝像機系到彈體系的變換矩陣，依次類推，其計算公式如下：

式中，R_W和R_N分別為攝像機所對應的卯酉圈半徑和子午圈半徑；

那么，P點在t₂時刻攝像機坐標系下的像素坐標為：

消除x和y分量得到空間中同一點在兩幅圖像像素坐標之間的關系為：

步驟1.2：將景深的計算轉換為飛行器和基準區域的距離，簡化變換模型；

將目標的景深s轉化為飛行器和基準區域距離D進行分析，如下：