[發明專利]基于拓撲-圖切融合優化的多譜段紅外圖像背景抑制方法

有效

• 申請號: 201810015843.7
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108665435B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 秦翰林;王婉婷;程文雄;延翔;王春妹;梁瑛;楊碩聞;彭昕;胡壯壯
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50
• 代理公司: 西安志帆知識產權代理事務所(普通合伙) 61258
• 代理人: 侯峰;韓素蘭

本發明公開了一種基于拓撲?圖切融合優化的多譜段紅外圖像背景抑制方法，分別對多譜段的紅外圖像進行局部Patch預處理獲得預處理后的圖像，根據拓撲微分方法對所述預處理后的圖像進行強起伏邊緣的抑制獲得最優擴散系數，根據獲得的最優擴散系數與梯度均值濾波相結合分別對單波段圖像進行背景抑制，獲得若干個單波段雜波抑制后的目標圖像；根據尺度區域能量理論模型對所述獲得的若干個單波段雜波抑制后的目標圖像進行融合，得到多譜段融合的背景抑制結果圖像；對所述多譜段融合的背景抑制結果圖像進行圖切策略優化，消除融合后圖像的局部輪廓效應，最終獲得背景抑制后的圖像。本發明能有效地抑制紅外圖像中所包含的高灰度級、起伏劇烈的紅外背景，并能夠突出目標信息。

技術領域

本發明屬于紅外圖像處理技術領域，具體涉及一種基于拓撲-圖切融合優化的多譜段紅外圖像背景抑制方法。

背景技術

紅外圖像背景抑制在紅外圖像處理領域引起了越來越多的關注，由于其在紅外弱小目標檢測中有著潛在的重要應用；尤其是對于處于背景復雜、對比度較低紅外圖像中的小目標的檢測；如直接對處在復雜的天空背景、海天背景下的小目標，使其準確檢測是異常的困難；為了解決此問題，紅外圖像背景抑制是一項關鍵的預處理技術，其能夠有效地抑制復雜起伏背景，增強目標與背景的對比度，從而有利于提高弱小目標的檢測精度。

近年來，紅外圖像背景抑制的研究成果不斷地被報道，其中代表性的有基于背景預測的經典濾波方法，如最大中值濾波和最大均值濾波，形態學Top-Hat濾波、二維最小均方誤差濾波、主成分分析以及基于視覺注意機制的方法等。這些方法都是基于目標灰度值局部相對較高的特性，通過在空域或變換域中尋找圖像極值點來實現背景的抑制，均能較好地抑制簡單、平穩的背景；且主要針對單譜段的紅外圖像。但對于復雜多變的非平穩背景，這些方法很難準確區分目標和背景雜波，且極易受窗口大小、結構元素等參數的影響，通常使得背景抑制結果的虛警概率較高。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于拓撲-圖切融合優化的多譜段紅外圖像背景抑制方法，能夠突破單譜段紅外圖像背景抑制精度低的瓶頸，且不需引入“硬”閾值優化，實現對復雜背景下的紅外圖像的背景抑制。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明實施例提供一種基于拓撲-圖切融合優化的多譜段紅外圖像背景抑制方法，該方法為：首先，分別對多譜段的紅外圖像進行局部Patch預處理獲得預處理后的圖像，其次，根據拓撲微分方法對所述預處理后的圖像進行強起伏邊緣的抑制獲得非線性擴散的最優擴散系數，根據獲得的最優擴散系數與梯度均值濾波相結合分別對單波段圖像進行背景抑制獲得若干個單波段雜波抑制后的目標圖像；然后，根據尺度區域能量理論模型對所述若干個單波段雜波抑制后的目標圖像進行融合獲得多譜段融合的背景抑制結果圖像；最后，對所述多譜段融合的背景抑制結果圖像進行圖切策略優化，消除融合后圖像的局部輪廓效應，最終獲得背景抑制后的圖像。

上述方案中，所述分別對多譜段的紅外圖像進行局部Patch預處理獲得局部預處理像素區域，具體為：采用4-鄰域算子求取多譜段的紅外圖像中局部極值點；預處理算法利用式(1)進行表示：

其中，u表示一個大小為M×N的圖像，下標s表示圖像u中的某一個像素，u^s則表示像素s的灰度值，集合n^s＝{w,e,n,d}表示像素s相鄰的四個像素，則表示經過局部預處理后像素s的灰度值。

上述方案中，所述根據拓撲微分方法對所述預處理后的圖像進行強起伏邊緣的抑制獲得非線性擴散的最優擴散系數，具體通過以下步驟實現：

步驟101：根據所述預處理后的圖像的代價泛函表達式及圖像在相鄰像素方向上的梯度值獲得像素擴散系數k^s的所有組合；

所述所述預處理后的圖像的代價泛函表達式具體表達式為式(2)：