[發明專利]一種航拍圖像的運動小目標檢測方法

有效

• 申請號: 201810793231.0
• 申請日: 2018-07-18
• 公開（公告）號: CN109087322B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 曹治國;張超;張乃文;肖陽;宮凱程
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/181;G06T7/136;G06T7/20;G06T7/11;G06T5/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;曹葆青

1.一種航拍圖像的運動小目標檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)利用光流約束方程，對航拍圖像及其相鄰幀的圖像塊進行計算，得到航拍圖像的光流圖；

(2)對光流圖中每個像素點進行梯度計算，得到運動邊緣圖像；

(3)對運動邊緣圖像依次進行去噪和細化后，得到稀疏的運動邊緣圖像；

(4)根據邊緣強度差對稀疏的運動邊緣圖像中的邊緣點進行組合，得到邊緣段，計算邊緣段之間的關聯程度；

(5)利用滑動窗口在稀疏的運動邊緣圖像中滑動，得到窗口集合，對于窗口集合中的每個窗口，根據邊緣段與窗口的位置關系，利用邊緣段之間的關聯程度計算每個窗口的邊緣段的權重，利用每個窗口的邊緣段的權重計算每個窗口包含目標的得分；

(6)將包含目標的得分大于等于閾值的窗口作為候選窗口，使用最小方向對比度計算候選窗口的顯著性圖像，根據顯著性圖像計算候選窗口的緊致度得分；

(7)根據候選窗口的緊致度得分，使用非極大值的抑制方法，對候選窗口進行剔除，得到目標窗口作為最終的小目標檢測結果；

所述步驟(5)包括：

(5-1)利用滑動窗口在稀疏的運動邊緣圖像中滑動，得到窗口集合，對于窗口集合中的每個窗口，根據邊緣段與窗口的位置關系分為位于窗口外的邊緣段、與窗口相交的邊緣段以及位于窗口內的邊緣段，將位于窗口內的邊緣段劃分為獨立存在于窗口內的邊緣段以及與窗口邊框有關的邊緣段；

(5-2)當邊緣段位于窗口外和窗口內時，邊緣段的權重設置為0，當邊緣段位于窗口內時，獨立存在于窗口內的邊緣段的權重設置為1，與窗口邊框有關聯的邊緣段的權重為：

其中，w_b(s_i)為與窗口邊框有關聯的邊緣段的權重，T為以與窗口邊框相交的邊緣段為起點，以當前邊緣段S_i為終點的一條路徑，a(t_j,t_j+1)為第j個邊緣段t_j與第j+1個邊緣段t_j+1之間的關聯程度；

(5-3)利用步驟(5-2)得到的權重計算窗口中包含目標的得分，得分h_b為：

式中，W_b為利用步驟(5-2)得到的邊緣段的權重，m_i是邊緣段i的強度，b_w與b_h分別為窗口的寬度與高度，k是調節窗口尺寸對得分影響的參數；

所述步驟(6)包括：

(6-1)將包含目標的得分大于等于閾值的窗口作為候選窗口，計算候選窗口的方向對比度：

其中，|Ω|代表區域Ω中像素點個數，TL、TR、BL和BR分別表示候選窗口中像素點i1的左上方區域、右上方區域、左下方區域和右下方區域，ch表示當前的圖像通道數，K為圖像通道數，S(i1)為像素點i1的最小方向對比度，DC_i1,Ω為像素點i1在區域Ω的方向對比度，I_i1,ch為像素點i1在ch通道的像素值，I_j1,ch為像素點j1在ch通道的像素值，j1為區域Ω中像素點；

(6-2)計算候選窗口中每個像素點的最小方向對比度，得到最小方向對比度圖像，對最小方向對比度歸一化得到候選窗口的顯著性圖像，使用大津法自適應計算顯著性圖像的分割閾值ε，候選窗口中顯著性概率小于ε的像素點的像素值全部置零，顯著性概率大于等于ε的像素點的像素值不變；

(6-3)將窗口的邊緣向內移動一個像素位置，當窗口的邊緣上有不為0的點，停止移動，否則繼續移動，得到緊致包含目標的窗口，計算緊致包含目標的窗口的緊致度得分AC(B_p)：

其中，|B_p|為緊致包含目標的窗口B_p的面積，S是B_p中各像素點的顯著性概率。

2.如權利要求1所述的一種航拍圖像的運動小目標檢測方法，其特征在于，所述小目標的面積占航拍圖像的面積的十萬分之五到千分之一。

3.如權利要求1或2所述的一種航拍圖像的運動小目標檢測方法，其特征在于，所述步驟(1)包括：

利用光流約束方程，對航拍圖像及其相鄰幀的圖像塊進行計算，得到超定方程組矩陣，使用最小二乘法求解超定方程組矩陣，得到航拍圖像的圖像塊內各像素點在水平和豎直方向的光流移動大小，構成航拍圖像的光流圖。