[發明專利]一種紅外視頻空中弱小運動目標檢測跟蹤方法

有效

• 申請號: 201910220147.4
• 申請日: 2019-03-22
• 公開（公告）號: CN109978851B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 鄭錦;沈凱;韓秋媛;于智浩;許銀翠;張順利
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京艾誠科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/207;G06T7/246
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本發明提出了一種紅外視頻空中弱小運動目標檢測跟蹤方法。該方法提出快速準確的天際線判定策略，感知得到天空場景區域，進而在天空場景區域感知結果指導下，通過目標與背景的顯著性差異從空域檢測得到空中潛在目標，保證真實目標不漏檢；引入目標運動趨勢、多目標相似度綜合評判去除虛警干擾，結合背景運動補償進一步確認運動目標，解決運動目標準確跟蹤問題。實驗結果表明，該方法魯棒性好，在目標被遮擋、重疊、消失，以及背景變化和目標忽明忽暗等復雜情況下也能進行準確、穩健的跟蹤。

技術領域

本發明涉及一種針對紅外視頻空中弱小運動目標檢測跟蹤的方法，屬于計算機視覺技術領域。

背景技術

隨著精確制導武器的飛速發展，未來戰爭對武器系統的整體性能，尤其是適應性提出了更高的要求。紅外制導技術以其極強的抗干擾能力、高制導精度、良好的隱蔽性等優勢，廣泛應用于各類導彈、飛行器及地面系統，成為可控武器系統的第二代制導技術。在民用系統中也逐步得到推廣應用。一個紅外制導系統一般由目標檢測、目標識別、目標跟蹤和攻擊點選擇等功能模塊組成。其中，目標檢測與目標跟蹤作為系統最前端的處理環節，是精確制導的一個重要組成部分。針對利用紅外制導系統獲取的紅外視頻，目標檢測跟蹤的基本原理是捕獲和跟蹤目標自身輻射的能量來實現尋的制導。然而，實際應用中，當拍攝距離較遠時目標成像面積往往很小，甚至表現為點目標，無法獲得結構、形狀等信息，而且可檢測信號相對較弱，特別是在非平穩起伏背景干擾下，目標極易被背景雜波淹沒，使得紅外視頻弱小目標的準確檢測跟蹤非常困難。

目標與背景環境的多樣性，以及弱小目標信息的缺失，使得基于紅外輻射特性建模的目標檢測方法難以實施。因此，現有紅外視頻運動目標檢測跟蹤通常直接利用傳統的可見光視頻運動目標檢測跟蹤的思路，分為先檢測后跟蹤和先跟蹤后檢測兩種方法。

先檢測后跟蹤的方法通常先對輸入圖像序列進行背景抑制預處理，以提高單幀圖像中檢測到目標的可能性；然后，采用閾值分割法、紋理分析法、形態學法等，結合最佳Bayes判決、最小最大判決或Neynan-Pearson判決等準則，對圖像中每個像素點進行判決，判定它是否為潛在目標點；再根據目標圖像運動的幀間高相關性，利用多幀圖像的時間積累對單幀檢測結果進行多數表決，形成二次決策來剔除虛警點，保留最終確認的目標。然而，當目標信噪比(SIGNAL-NOISE RATIO,SNR)較低時，這種先檢測后跟蹤的方法可能因為弱小目標的漏檢、虛警目標的誤檢而失效。

先跟蹤后檢測的方法依據多幀檢測的思想，將空間和時間信息并入多幀處理過程中。首先對可能的目標軌跡進行跟蹤，但并不對這些軌跡是否是真正目標作出判決，而是對每條跟蹤的軌跡計算其后驗概率函數，如果某條軌跡的后驗概率函數值超過某一門限，就認為該條軌跡代表一個目標(參考《星空背景下紅外弱小目標的快速檢測》，刊于《激光與紅外》，2017年4月)。常見的先跟蹤后檢測方法有Hough變換法、三維匹配濾波器方法(參考《基于噪聲方差估計的紅外弱小目標檢測與跟蹤方法》,刊于《光電子·激光》,2018年3月)、多級假設檢驗法、動態規劃法等。先跟蹤后檢測的方法在復雜干擾下對弱小目標，尤其是緩慢運動目標的適應性不足，在平臺運動、復雜背景以及存在其他相似物干擾、目標被遮擋、目標機動運動時，該類方法則難以進行連續、準確、穩健的長時間跟蹤。

為此，本申請提出了一種紅外視頻空中弱小運動目標檢測跟蹤方法。提出快速準確的天際線判定策略，感知得到天空場景區域；進而在天空場景區域感知結果指導下，通過目標與背景的顯著性差異從空域檢測得到空中潛在目標，保證真實目標不漏檢；引入目標運動趨勢、多目標相似度綜合評判去除虛警干擾，結合背景運動補償進一步確認運動目標，解決運動目標準確跟蹤問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于紅外視頻的空中弱小運動目標檢測跟蹤方法。該方法不僅考慮傳統方法中真實目標與背景的差異性進行檢測、真實目標與候選目標的相似性進行跟蹤，而且通過場景區域感知獲取天空區域指導目標檢測、引入多目標相似度綜合評判指導跟蹤，將先檢測后跟蹤、先跟蹤后檢測的思想融合在一起，實現了虛假目標的剔除以及真實目標的準確跟蹤。