红外目标识别与跟踪系统的硬件设计

本文设计并实现了一种基于DSP的实时处理的红外图像识别跟踪系统。该系统以高速数字信号处理器TMS320C6416作为核心器件．并与CPLD相结合．满足了实时性要求。     

基于双树复数小波和SVR的红外小目标检测

在分析红外图像弱小目标和背景特征的基础上,提出了基于双树复数小波变换(dual-tree complex wavelet transform,DT-CWT)和支持向量回归(support vectorr egression,SVR)的检测方法。首先采用双树复数小波变换抑制大部分背景噪声;其次用SVR对去噪后的红外图像进行背景预测,并用去噪后的实际图像减去预测图像得到残差图像,大大提高了图像的信噪比;接着提出了基于模糊Tsallis-Havrda-Charvat熵的阈值选取算法,对残差图像进行阈值分割;最后根据目标的连续性和运动轨迹的一致性检测出真实的小目标。实验结果表明:该方法可显著提高红外目标的检测概率,实现较远距离弱小目标的检测。     

采用多形状特征融合的多视点目标识别

研究了多视点下三维目标的识别问题。针对传统的采用单一特征的方法在目标描述方面的不足,提出了一种融合多种特征的识别算法。首先,利用各向异性高斯方向导数相关矩阵提取目标角点,采用骨架约束提取特征角点,将各特征角点到目标质心的归一化距离作为角点描述子。接着,分别提取目标的几何矩不变量、仿射矩不变量、目标边界的傅里叶描述子;计算4种特征的类内和类间散布矩阵;以样本散布矩阵的迹作为权重,加权融合4种特征。然后,对融合后的特征向量进行独立成分分析(ICA),得到相互独立的特征分量。最后,采用支持向量机的分类方法进行分类。实验结果表明,本文提出的方法比采用单一特征的方法的正确识别率平均提高10%以上,且在小训练样本(10%总体样本)情况下仍能获得80%以上的识别率,可满足经纬仪实时目标识别系统的要求。     

采用空间注意力机制的红外弱小目标检测网络

红外弱小目标检测被广泛应用于预警、制导等国防领域中。然而,红外弱小目标所占像素少、缺少形状特征和纹理特征,使得红外弱小目标检测成为一个具有挑战性的课题。针对红外弱小目标检测,提出了一种简单高效的实时红外弱小目标检测网络。检测网络利用自适应感受野融合模块来增加小目标周围的上下文信息,并通过引入空间注意力机制来建立不同区域之间的相关性模型,使不同区域之间的相关性和紧凑性得到加强。为了提高检测网络对目标的定位和正负样本的判别能力,分别利用GIOU loss和Focal loss来设计损失函数。在3个红外弱小目标序列和单帧红外图像上进行实验,检测网络分别取得了91.62%,71.54%,81.77%和90.67%的AP值,且检测速度接近165 FPS。实验结果表明,该红外弱小目标检测网络对复杂背景和低信噪比条件下的红外弱小目标具有较好的检测效果。     

采用优化卷积神经网络的红外目标识别系统

针对视频数据利用低效和光测设备目标识别能力较弱的问题,提出一种使用海量视频数据建立数据库进而构建红外目标识别系统的方法。首先设计快速红外目标检测算法,提取目标并分类建立数据库;然后结合特定任务建立一组较匹配且结构不同的卷积神经网络,并提出基于测试准确度均值统计分析和参数规模的选型策略,选出泛化能力较好且结构简单的卷积神经网络以及适当的训练轮数;最后加载优选模型及其参数作为分类器,与检测器结合实现红外目标特征事件实时检测分类。仿真结果表明,目标分类准确率均值可达95%以上,速率约为50 pixel/s。卷积神经网络结构的设计和选型策略有效,构建的系统可以满足红外目标识别的精度和实时性要求。     

基于水平集和支持向量机的图像声呐目标识别

为了能实现水下遇险目标的精确定位,首先要对声呐所获取的图像进行目标识别。利用水平集法获得水下声呐图像中目标轮廓后,提取目标轮廓的7个不变矩作为特征矢量,并将获取的不变矩特征输入到已经训练好的支持向量机中进行识别,从而得到识别结果。所使用的识别方法综合了基于水平集提取轮廓的长处,不变矩的位移、尺度、旋转不变性的特点和支持向量机在小样本、非线性模式识别中的独特优势。实验结果表明:该方法对高分辨率图像声呐具有较高的识别率和较低的误判率,对原始声呐图像的目标识别率高达99%,对加入方差为0.09的高斯噪声的声呐图像的目标识别率可以达到97%。     

采用三层模板局部差异度量的红外弱小目标检测

针对现有算法在复杂背景下虚警率高、实时性差的缺陷,提出了一种基于三层模板局部差异度量的单帧红外弱小目标检测算法.提出三层模板的构造方式,充分利用模板不同层之间灰度分布的差异,提出灰度差异度量和方差差异度量相结合的三层模板局部差异度量算法,同时实现了目标增强与背景抑制,最后采用自适应阈值分割算法从显著性图中提取待检测目标...     

红外弱小目标的分割预检测

提出了一种目标分割预检测方法来提高检测红外弱小目标的准确性和实时性。针对红外图像的特点,利用改进的自适应背景感知算法抑制目标图像的背景以提高目标检测概率;根据已有的先验知识构造属性集,把灰度直方图限定在感兴趣区域,减少背景的影响;然后,利用属性直方图的最大熵进行图像分割以检测目标。为了提高分割算法运算速度,应用了快速递推算法。实验结果表明,本文提出的背景抑制算法能更好地抑制背景,提高图像的整体信噪比;分割算法具有更好的分割检测效果,候选目标点分割准确、虚警目标点较少,运算速度提高了91%。对分割图像进行后续处理,剔除了大部分虚警目标点,为后续目标准确检测提供了有力保障。     

天基红外图像的点目标检测

为了研究地球同步轨道卫星红外扫描相机图像星上处理技术,分析了美国国防支援计划(DSP)卫星Phase-Ⅱ阶段和改进后的星上信息处理机的基本处理流程,提出了一种适用于星上工作环境的红外扫描图像点目标检测双通道滤波方法。首先,采用均值滤波抑制背景,对背景去除后的残差图像进行自适应门限探测;在门限滤波的同时,采用峰值判别算法对峰值数据进行检波以降低自适应门限滤波产生的虚警;最后,采用融合算法对超过门限的图像及峰值检波图像的双通道数据进行目标确认。该算法在保证高目标检测率的同时降低了虚警率,简单可行且利于硬件实时实现。实验结果表明,当目标信噪比6时,检测概率可达99.3%(虚警率为1.3×10-3);算法实时性分析表明,处理器主频为200MHz时,算法处理能力为56.45Mb/s,满足天基信息处理要求。     

空中目标的免疫识别算法

基于生物免疫系统的自我-非我识别能力,采用新的检测器生成方法和匹配规则,综合识别目标的先验信息,提出一种基于阴性选择的免疫识别算法。结合空中军事目标的检测和识别问题,对提出的算法进行了应用研究。实验结果表明,基于阴性选择的免疫识别算法用于目标检测和识别可以识别已知类型和未知类型目标,漏判率为0.375%,误判率为0.006%,检测精度达99.563%,而且对不同的入侵目标表现出很好的鲁棒性。     

利用线阵CCD对物体尺寸测量的研究

介绍了一种对物体尺寸精密测量的方法.该方法采用线阵CCD作为光电传感器件,通过对CCD输出信号进行二值化处理并从计算机获得数字式信号,从而实现对物体尺寸的精确检测.测量结果表明:与其他传统的检测方法相比,该方法具有测量精度高、速度快,操作简单,检测过程中运行稳定等优点,在工业生产的尺寸测量中有实用价值.     

复杂背景下边缘提取与目标识别方法研究

通过对传统形态学边缘提取方法的分析,提出了基于形态学多结构元边缘提取算子,该算子既有良好的边缘提取特性,又很好地解决了噪声抑制和保持图像边缘细节之间的矛盾,通过灰度加权平均值作为阈值进行二值化,更加突出了边缘效果。针对目标成像特点,在提取图像中边缘的像素数、复杂度和最小外接矩形长宽比等多个特征的基础上,通过计算图像中目标边缘的特征评价函数和隶属度函数,利用模糊综合评判技术进行了目标识别。模拟试验表明:基于形态学的多结构元算子具有较强的噪声抑制能力,可以很好地提取复杂背景下的目标边缘;模糊综合评判技术可准确提取目标,较好地解决了复杂背景下的目标识别的难题。     

基于Kmeans和图像熵聚类的热红外目标检测算法

针对以海洋为背景的热红外图像目标检测存在的海洋海杂波的非平稳特性、非线性特性问题,以及目标背景相关性大而对比度小等问题,对两幅实拍红外船舰图像进行了实验,提出了一种快速有效的热红外目标检测算法。该算法采用表示图像灰度空域分布状态不确定性量度的图像熵方法,利用滑窗方法遍历整幅图像,求得了局部熵图像,从而确定了目标的粗略位置;通过用最大类间差法将局部熵处理后图像进行了自适应的二值分割,将目标和背景最优化地分离,并且结合改进的Kmeans聚类算法,通过循环所有目标点找出了其在聚类图像中的聚类标识,结合所有该聚类的像素点,提取出了完整的目标及其轮廓。研究结果表明,该热红外目标检测算法速度快,性能良好,在将目标完整地提取出来的同时可以很好地保留目标的轮廓。     

Label-free target DNA recognition using oligonucleotide-functionalized polypyrrole nanotubes

Conjugated polymers for oligonucleotide immobilization offer extraordinary potential as transducers for detecting DNA duplex formation, because the electrical, optical, and electrochemical properties are strongly affected by relatively small perturbations. Moreover, carboxylated conducting polymer supports are an attractive alternative due to their versatile immobilization with DNA, protein, and enzyme using various pendant groups: -SH, -NH(2), and -COOH. Therefore, we report the fabrication of carboxylic acid-functionalized polypyrrole nanotubes (CPPy NTs) using oxidant-impregnated template synthesis. The diverse number of carboxylates on the surface of CPPy NTs was applied to binding sites for amino-terminal oligonucleotides. Conductance of single DNA strands (ssDNA) and hybridized DNA helix were readily measured by means of depositing DNA-functionalized nanotubes on gold leads, and indicated high sensitivity (DeltaR/R(0)=1.7) even at low concentration (1nmol) of target DNA. In addition, target DNA concentration was distinguished up to a narrow difference of 2nmol. The successful DNA immobilization on polymer nanotubes was confirmed and visualized by the photoluminescence of fluorescein isothiocyanate (FITC)-tagged target DNA using confocal laser scanning microscopy.     

结合统计分布和非下采样Contourlet变换的红外小目标检测

在分析存在背景和噪声干扰下的红外小目标检测方法的基础上,提出了一种时空结合的红外小目标检测算法.首先,基于相邻帧背景图像灰度值变化的特点,提出了基于三阶中心矩统计分布确定小目标区域方法,接着对图像进行非下采样Contourlet变换(NSCT),定义子带的能量系数,并结合各个子带的能量系数得到各点的能量值,进而得到一个...     

基于改进多尺度分形特征的红外图像弱小目标检测

为提高红外图像弱小目标检测的准确率和实时性,在分析用于红外图像增强的分形参数K相关的多尺度分形特征(MFFK)基础上,提出了一种基于改进多尺度分形特征(IMFFK)的红外图像弱小目标检测算法。首先,将基于地毯覆盖法的分形维数计算公式代入MFFK计算公式,提出了一种改进多尺度分形特征(IMFFK)用于图像增强。其次,对IMFFK特征计算进行简化,采用自适应阈值分割得到感兴趣目标区域,提出了一种具有较高计算效率的红外图像弱小目标检测算法。最后,通过仿真图像分析了主要参数对图像增强和算法耗时的影响,采用红外真实图像进行了算法检测性能测试,并与当前基于局部对比度测度的目标检测算法进行了对比。实验结果表明,提出的算法虽然在一些检测场景具有较多虚警,但能同时适用于弱小目标和较大目标检测,且无论目标为亮目标或暗目标。提出算法对于低分辨率红外图像(320×240)检测接近30 frame/s。提出算法具有较强的适用性,能够检测出红外图像中具有较高局部对比度的目标。     

畸变不变联合变换相关器目标识别技术研究

针对传统目标识别方法对目标图像的尺寸、方位敏感问题,采取最大平均相关高度功率谱滤波的方法,对联合变换功率谱面进行滤波,成功地实现并改进了原算法.通过大量计算机模拟和光学实验,证实了在光电混合实时联合变换相关器中应用改进的最大平均相关高度法可以解决存在旋转和大小变化的目标识别问题,使得相关峰的对比度明显增强,从而也提高了目标识别率.作为实例,给出复杂背景下地面目标汽车大小变化的实验结果,验证了该算法的可行性.     

基于加权核函数的雷达目标一维距离像识别

本文提出一种基于加权核函数的雷达目标识别方法。该方法既对基函数加权,又对特征加权,并利用最大后验准则估计其加权系数,然后,根据权系数具有稀疏性这一特点,只保留少量有利于分类的基函数和特征元素,从而实现了基于核甬数分类器的最优化和特征选择的最优化。对三类实测飞机目标的仿真实验结果表明:加权核函数方法的识别性能比常规核函数方法有了较明显的改善。