红外背景抑制与小目标检测算法

在有云层背景的红外序列图像中,检测和跟踪微弱小目标一直是研究的重点。介绍了一种简单可行的在云层背景下检测小目标的方案。算法中,首先进行背景抑制以获得更高的信噪比,接着是用门限分割以得到二值图像,最后依照目标在时间和空间运动的连续性,用一种管线法进行目标识别。实验结果表明算法十分有效。     

基于多尺度自适应稀疏字典的小弱目标检测方法

针对单尺度固定函数的滤波器难以有效剔除杂波和提高小弱目标检测性能的不足,文中研究建立多尺度自适应稀疏字典,提出了一种多尺度自适应形态稀疏字典检测小弱目标方法。首先根据图像信号内容建立多尺度自适应形态稀疏字典,并将图像信号在多尺度稀疏字典中进行稀疏分解;然后在分析小原子稀疏表示系数的基础上建立稀疏表示系数直方图,并利用指数函数拟合小尺度原子的稀疏表示系数直方图;最后,根据指数函数拟合参数在杂波、噪声和目标表现出的差异检测小弱目标。该多尺度稀疏字典利用大尺度原子描述图像背景杂波,小尺度原子捕获图像细小特征。实验结果表明,与小波算法和Contourlet 算法相比,文中方法能更为有效地抑制背景杂波,减少背景残留,从而提高小弱目标检测性能。     

天空背景下红外弱小目标检测算法研究

针对天空背景下红外弱小目标检测困难的情况,首先通过改进的形态学滤波目标增强方法对图像进行背景抑制与噪声去除,而后采用恒虚警检测方法(CFAR)对滤波后图像进行分割,获得候选点目标,然后采用行程目标标记的方法得到候选目标的位置信息、面积信息等,单帧图像检测之后,复杂的天空背景仍然会存在虚警。为了提高检测概率、降低虚警率,结合目标运动特性(包括运动轨迹、速度、加速度等)、灰度变化、面积变化等帧间相关性采用移动式管道滤波方法对序列图像候选目标做进一步判断。实验结果表明,该方法能有效地从复杂背景中检测出真实目标。     

基于向量机的红外小目标检测技术研究

针对红外序列图像中弱小目标检测问题,提出了用最小二乘向量机对原始红外图像中每一像素的局部区域作灰度曲面最佳拟合,在拟合曲面上进行灰度极大值像素点位置估计,实现目标的粗定位。真正的目标取决于中心点的灰度是否高于其邻域的平均灰度。并以径向基核函数为例推导出了极值点估计所需的二阶方向导数算子。对模拟和实际图像进行了小目标检测的实验验证。结果表明,基于支持向量机的小目标检测算法具有较强的适应性。     

Generalised-structure-tensor-based infrared small target detection

Infrared (IR) small target detection is a key technique in areas like space surveillance systems, early-warning systems and missile tracking systems etc. It is a challenging task to detect IR small targets under complex sky background because of cloud clutter. The conventional methods are usually based on clutter suppression, such as the 2D least mean square (TDLMS) adaptive filter [1], the 2D normalised LMS (TDNLMS) filter [2], the median subtraction filter [3], etc. In this Letter, we use the second conjugate symmetry derivative of a 2D Gaussian (SCSDTDG) to model the small target pattern based on the generalised structure tensor (GST). Experiments show that the proposed method is robust.     

红外小目标检测的快速并行算法

利用平均灰度绝对差最大测度（ＡＧＡＤＭ）估计目标背景的不相似性,提出了一种红外小目标检测算法,分析了预处理前后图像信噪比增益与目标大小的关系,进而建立了检测概率和信噪比增益的关系,理论上证明了该算法具有优越的性能。接着,在分析了ＭＰＰ并行计算机体系结构的基础上,提出了两种基于ＭＰＰ的小目标检测并行快速实现算法。理论分析表明,基于ＭＰＰ的ＡＧＡＤＭ小目标检测并行快速实现算法运算时间复杂性为Ｏ（Ｌ２ｉ／Ｎ）。     

红外弱小目标多组独立检测方法

针对红外序列图像中运动弱小点目标的检测问题,提出了一种多组独立检测方法。首先,利用神经网络优化的形态学算子进行背景抑制,基于自适应门限实现单帧目标检测。在多帧检测中,先将可能的航迹观测序列进行分组累加,然后进行似然比检验。由于多组独立检测考虑了信噪比过低或者强噪声干扰的影响,一定程度上加速了航迹的确认和删除,提高了多帧检测的性能。基于此提出了多组独立检测方法,并对算法性能进行了详细分析。实测数据结果证明:在相同虚警概率情况下,多组独立检测法的检测性能优于截断序贯处理算法的检测性能。     

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面,无法使用现有对比度计算公式计算的实际,基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算,并与报道的飞机红外辐射数据比较,应用对比度计算公式做分析可知:大气背景对探测的影响是必须考虑的;在3~5m大气窗口的大气背景辐射很小,选择3~5m大气窗口探测更容易发现目标;在8~12m大气窗口内10m附近的大气背景辐射较强,目标不易被探测。随着探测距离增加,探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小,它会增大对比度,这是分析探测距离不可忽视的一个因素。     

基于知识的旋转海面小目标检测

针对海面小目标处于海空线这一先验知识,提出了基于小波变换和多方向Gabor滤波融合的方法,检测任意角度的海天线,确定小目标的潜在区域,减少搜索区域与虚警情况,并利用运动目标的相关性检测小目标。结果表明,该方法对于复杂的海面背景是有效的,能够很好地检测出目标点。     

海空背景下红外小目标检测算法

研究海空复杂背景下红外图像小目标检测问题,针对海空背景下远距离小目标总是出现在水天线附近的特点,通过小波多尺度分析边缘检测算法检测水天线,确定出目标潜在区域,再进行精细目标搜索,从而提出了一种由粗到精的小目标检测算法。实验结果表明,对一般噪声条件下得到的红外目标图像,该方法能准确地检测、定位小目标,单帧检测准确率达96%以上并具有单帧检测率高、实现速度快的特点。     

一种改进的红外弱小目标快速检测方法

针对复杂背景下红外弱小目标检测率低、目标跟踪困难的问题,提出一种改进的红外弱小目标快速检测方法。该方法采用改进的形态学滤波抑制背景噪声,对处理后的多帧图像进行方差估计初步突出目标像素,然后对其进行信噪比估计得到整个图像序列像素得分,图像中像素信噪比高的被标记为目标像素,再对标记过的图像进行分块分析,最终准确提取出连续图像序列中的目标像素。检测出的目标像素作为Hough变换的目标跟踪算法的输入,设置双阈值实现目标的有效跟踪。实验结果表明,在复杂背景下的红外弱小目标提取中,基于噪声方差估计的目标检测拥有较高的检测概率和较低的虚警概率,将其获得的目标像素作为Hough变换的输入,不仅可以有效跟踪目标,而且简化了算法的复杂度,实现目标的快速提取和跟踪,具有很高的应用价值。     

一种检测红外小目标的图像阈值分割算法

针对红外目标检测中经常遇到目标比背景小很多造成目标分割失败的问题,以及常用阈值选取方法仅依赖于图像直方图的概率信息而未直接考虑类内灰度分布的均匀性,提出一种基于目标与背景面积差和修正灰度熵的阈值分割算法.算法首先采用自适应中值滤波和均值滤波进行图像预处理,以减除噪声干扰.然后给出了修正灰度熵公式,该公式能很好地解决熵计算中出现的无定义问题,并利用目标与背景面积差较大的特点,构造得到最终的阈值选取公式.最后,在直方图上采用优化搜索策略,进一步降低算法的计算复杂度.实验结果表明,与Otsu法、最大熵法相比,该算法抗噪性能好,能有效实现红外小目标的分割,且运算时间至少减少了80％左右.     

基于协作稀疏编码的红外小目标检测

为了实现复杂背景下的红外小目标检测, 提出了一种基于协作稀疏编码(CSC)的红外小目标检测算法。首先通过滑动窗口法提取待测 试图像的图像块,并将 其转化为列向量作为超完备字典;然后采用CSC模型计算每一个图像块在超完 备字典中的系数矩 阵以及误差矩阵,其中系数矩阵的L_2,1范数代表图像的背景信息,而误 差矩阵的L_1,2范数代表红外小目标信 息;进而利用ADMM(alternating directional method of multiplier)算法解 算,得到系数矩阵和误差矩阵;最后通 过误差矩阵重建,得到红外小目标的位置。仿真及公开数据实验结果,证实了本文方法的有 效性。     

基于图像稀疏表示的红外小目标检测算法

基于超完备字典的图像稀疏表示是一种新的图像表示理论,利用超完备字典的冗余性可以有效地捕捉图像的各种结构特征,从而实现图像的有效表示.针对红外小目标检测问题,提出了一种基于图像稀疏表示的检测方法,该方法采用二维高斯模型生成样本图像,继而构造超完备目标字典,然后依次提取测试图像的图像子块并计算其在超完备字典中的表示系数,背...     

小目标与海空背景合成红外图像统计特性分析

针对海空复杂背景下红外小目标识别的需要,对海空背景及其小目标的红外图像特性进行了统计分析。具体分析了在有目标和无目标两种情况下3~5 μm和8~12 μm两个波段图像的均值、方差和协方差等统计特性以及图像的局部对比度、信杂比和阈值随探测距离变化的规律;同时对生成的红外热像进行了直方图分析。结果表明：随着探测距离的减小,导弹的辐射逐渐增大,到达一定探测距离时（大约8 200 m）可以从热像图中区分导弹的蒙皮辐射和羽流辐射。根据有目标和无目标两种情况下图像特性的差异,可以判断图像中是否存在目标,从而为目标识别提供了关于目标和背景的先验知识,研究结果可用于海空背景下红外小目标的检测。     

基于时空域融合滤波的红外运动小目标检测算法

针对红外警戒与跟踪系统中的实时弱小运动目标检测问题．提出了一种基于时空域融合滤波的小目标检测算法。算法在空域上利用形态学Tophat滤波抑制背景增强目标．在时域上通过改进的帧间差分方法增强运动目标,时空域处理结果融合分割后,根据目标运动的连续性和规则性．利用相邻帧中可能目标点之间的位置关系判别目标。算法全面考虑到了运动小目标在时域与空域方面的特性,时空域融合增强后可大大提高目标信噪比。通过实际录取的云层背景飞机目标红外数据检测表明,时空域融合滤波方法能更有效地从复杂背景中检测低信噪比运动小目标,减小虚警率．抗噪声干扰能力强。算法易于硬件实现,能够有效地应用于红外搜索与跟踪系统的实时目标检测中。     

基于MAC的红外小目标自适应检测

针对复杂背景下的红外小目标检测,介绍了一种基于小波包变换和最小平均代价的最佳全局自适应检测算法.通过对目标图像进行小波包降噪和非线性变换对比度增强处理抑制背景杂波、提高信噪比.分析并提取了一种用于目标检测的有效特征矢量,建立并验证了目标和背景不同模式下特征矢量的分布模型.根据该模型基于最小平均代价准则解算出最佳全局自适应分割门限,从而实现红外小目标的自适应检测.仿真实验表明,小波包变换与非线性图像增强处理具有良好的降噪性能,且最佳全局自适应检测法的检测性能优越.     

红外小目标检测的滞后阈值分割法

为提高红外小目标检测的精度,针对小目标的阈值分割,提出滞后阈值分割法。通过快速非最大值抑制预提取红外小目标的中心像素,最大程度缩减前景像素数。利用邻域梯度方差判别小目标是否为杂波,自适应地调整灰度阈值,完成对小目标的低虚警分割。分析一般场景下分割所得前景、背景的组成,给出了滞后阈值分割的阈值取值方法。实验表明滞后阈值分割法将虚警概率限制在很小的范围内,并取得了优于其他分割法的检测概率。在小目标检测中,该算法具有较强的实用性。     

基于改进的奇异值分解和形态滤波的弱小目标背景抑制

红外弱小目标的复杂背景抑制一直是弱小目标检测与跟踪的一个难点。提出一种改进的奇异值分解和形态滤波Tophat变换相结合的红外弱小目标背景抑制算法。首先通过奇异值分解得到原红外图像的奇异值矩阵和左右奇异矩阵,然后通过对奇异值进行对数非线性变换,利用优化后的奇异值矩阵进行重构得到增强对比度的红外图像,最后利用形态滤波中的Tophat变换进行滤波达到背景抑制的目的。实验结果表明,该算法能够很好地实现红外弱小目标图像的背景抑制,并能使目标信号得到保存和增强。     

海天背景下红外小目标检测与轨迹拟合

在复杂海天背景下机载红外相机对落水人员的搜救中,提出一种针对红外视频中小目标检测高效算法,本算法首先采用形态学滤波对视频预处理,在相对运动背景下采用时间戳的Hough变换去除海天线的影响,更新海面监控区域;其次使用三帧差分分割小目标,采用改进的等价对算法快速计算分割小目标连通区域并标记。最后利用梯度下降法迭代出小目标运动轨迹,预测落水人员位置。实验表明,该算法不仅能有效地去除海天背景达到实时更新运动背景的目的,而且能够高效地检测出运动目标并标记并拟合出曲线方程,在一定时间内可预测小目标出现位置以便及时搜救落水人员。