复杂背景下红外小目标检测技术研究

在复杂红外背景中如果红外点目标所占的像素少,通常的检测方法就很难将目标检测出来,且往往会含有较多假目标。首先对图像进行预处理,利用图像本身的灰度级别对小目标进行初步筛选,然后利用可能目标点的信息对假目标进行剔除。实验结果表明,此方法对复杂背景中小目标检测有较好的效果。     

基于高通滤波和顺序滤波的小目标检测

针对红外图像中弱小目标的检测问题,比较了几种高通模板的效果与性能,提出了一种基于高通和顺序滤波相结合的小目标检测方法。该方法是在采用高通滤波来抑制背景的基础上,利用噪声图像直方图呈高斯分布的特性,用门限判决对图像进行预检测。然后用顺序滤波去虚警点从而得到目标点。实验结果表明,在信噪比SNR>2时该方法能有效地检测出图像中的小目标。     

前视红外地面待机目标轮廓提取方法

针对前视红外成像制导中地面待机目标的轮廓提取问题,提出一种新的多目标轮廓提取方法。首先利用相对定位分割技术,将待机目标区域从复杂地面背景中分离出来,然后采用灰度阈值法初步检测目标数量和方位,再通过边缘点聚类分割算法将多目标边缘图像进行分割,最后基于距离差分最小提取目标轮廓。实验结果表明,针对复杂地面场景,该方法可以实现对不同数量、不同类型、不同尺寸地面待机目标的外轮廓提取。基本满足前视红外成像制导对轮廓提取算法实时性好、轮廓完整度高、抗干扰能力强等要求。     

基于多级分类与逆向时空融合的弱小目标检测

弱小点目标检测是红外探测技术中的一个关键问题.针对目前序列红外图像目标检测中单阈值分割时弱小目标易丢失及快速移动目标的能量欠积累问题,提出了一种基于多级分类与逆向时空融合的弱小红外目标检测方法.该方法在对图像进行背景抑制的基础上,采用自适应多级分类的方法提取候选目标,强化了各类弱小候选目标的检测能力.同时,根据目标在相邻帧间的位置变化信息构造动态时空管道,在当前帧候选目标点的真伪无法判定时,沿时空管道逆向寻找可能出现的各类候选目标,将其中的各类候选目标点能量与当前帧候选目标点的能量进行加权求和后再进行门限判决,较好地解决了弱小目标及快速移动目标的能量积累问题.最后,本文通过若干实际红外数据验证了上述方法的有效性.     

基于分形和背景知识挖掘的红外图像水上桥梁目标识别

针对复杂背景下远距离航拍红外图像中水上桥梁识别的难题,提出一种新的基于分形理论和背景知识挖掘的目标识别方法。根据红外图像水上桥梁上下文描述,利用红外图像的直方图动态阈值法和分形特征检测出图像中的感兴趣区水域,同时基于先假设后检验的桥梁潜在目标被分割出来;然后利用形态学滤波完成目标图像的进一步分割;最后,利用目标特征匹配完成桥梁目标识别。基于TMS320C6416图像跟踪器的实验结果证明:该方法有较高的自动目标识别率和计算实时性。     

基于分形理论和神经网络的红外图像分割算法

针对实现红外图像的分割,快速准确地检测出红外序列中的人造目标的需要,结合分形特征和Ko-honen神经网络的特点,提出了一种基于分形技术的图像分割算法。该算法利用自然背景和人造目标的不同分形特征检测目标,提出了包括分形维数在内的7个红外图像特征,结合神经网络的自组织学习能力来进行图像分割。给出了算法实现的具体步骤。仿真试验结果表明,该算法能有效地实现红外图像的分割。     

基于曲面波变换的红外弱小目标背景抑制

提出了一种基于曲面波变换的弱小目标背景抑制新方法,解决红外搜索跟踪系统探测远距离弱小目标中复杂结构化背景抑制难题。根据红外图像中目标和背景杂波的特性,首先,采用曲面波变换对序列图像进行多尺度、多方向和各项异性分解,提取图像的多尺度和方向细节特征;其次,根据目标和背景杂波信号的差异,通过应用设计的核函数调整分解后的各尺度和方向的子带系数值;然后,重构修改后的各子带,从而将红外图像中弱小目标和背景杂波分离,达到抑制背景的目的;最后,采用自适应阈值分割技术得到真实目标点,最终实现对弱小目标的精确探测。实验结果显示,与局部去均值和最大中值滤波方法相比较,该方法能有效地检测出信杂比(signal-to-clutter ratio, SCR)在1.6以上的目标。     

一种低信噪比下点目标检测新算法

针对红外探测系统对远距离目标进行实时临控的应用场合,提出了一种快速点目标检测算法。该算法将原始图像序列分割成多个小段,通过递推使用速度匹配滤波,能快速得到图像序列中目标轨迹的能量,从而提高低信噪比下点目标的检测能力。与其它检测算法相比,新算法具有检测概率高、算法复杂低等特点。对算法的原理和性能进行了详细地分析,通过仿真实验证明了该算法的有效性。     

基于语义分割实现的SAR图像舰船目标检测

基于深度学习实现的目标检测方法在自然图像中取得非常大的成功,而将诸多方法运用于合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像舰船目标检测逐步成为新的趋势。如何将已有方法改进并与SAR图像的特点相结合完成特定的检测任务,已经成为当前主要的研究方向。不同于当前已有方法,本文对存在的深度学习SAR图像舰船目标检测方法进行了再思考,提出了基于语义分割实现的检测、分割一体化方法。通过语义分割实现的检测方式能够有效地避免当前诸多检测网络的复杂解码过程,具有生成的预测框更加贴合目标、精度以及召回率更高等特点。该方法虽属于无锚框检测,但实验结果表明,达到了双阶段检测效果,且具有更加精细化的分割结果,适用于复杂背景检测与分割问题。     

基于Top-hat变换的PM模型弱小目标检测

为了实现红外复杂背景下弱点目标的有效检测,提出了形态学Top-hat变换和改进的非线性扩散(以Perona-Malik (PM)的研究为基础)模型相结合的滤波算法,用于增强红外弱小目标信号、抑制复杂背景和噪声。该方法首先利用形态学滤波中的Top-hat算子对图像进行目标增强,然后对形态学滤波后的图像采用改进的PM滤波器进行进一步滤波达到抑制背景突出目标的目的,最终通过阈值分割实现弱小目标的检测。对比实验结果表明,该算法能够在低信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)下实现红外弱小目标图像的背景及边缘有效抑制、使图像的信噪比提高20%,检测能力在原有算法上提高了40%。     

基于PDAF和线性预测的实时小目标跟踪算法

根据红外图像中小目标的典型特征提出了一种新的小目标检测算法。利用图像小目标的微分几何特性,计算图像的最小法向曲率,并以此为阈值,获得小目标的候选区对象,以实现目标检测。针对复杂背景下跟踪过程出现背景杂波干扰或目标受到遮挡时,出现目标消失的问题,提出了一种基于概率数据互联滤波器和线性预测技术相结合的实时跟踪算法,以提高目标跟踪的稳定性和精度。最后,利用实际录制的图像序列进行仿真实验,可准确跟踪信噪比不小于2、运动速度为1帧/像素的目标,验证了算法的有效性和实时性。     

复杂背景下低信噪比点目标的实时检测算法及实现

为检测复杂背景中的低信噪比 (SNR)点目标 ,提出了一种局部自适应门限检测算法。该算法以低通滤波算法估计背景中的低频成分 ,及图像局部方差估计背景起伏 ,来计算出局部自适应的目标检测判决门限。该算法充分考虑了可实现性和实时性并采用现场可编程门阵列 (FPGA)设计实现该算法。理论分析和试验结果都表明 ,该算法可有效抑制云层、树木、地物等背景杂波、检测出复杂背景下的低信噪比点目标 ,具有恒虚警率和易于工程实现的优点。     

基于背景还原的红外伪装效果评价方法

针对复杂环境背景下目标红外伪装效果评价问题, 提出了一种基于背景还原的红外伪装效果评价方法。首先利用改进的Criminisi算法对目标遮蔽下的背景区域进行修复, 得到背景还原图像, 然后与原图进行相似性度量; 考虑到实际还原背景与理想还原背景之间因图像修复算法局限性而引起的偏差, 使用IL-NIQE模型对背景还原图像的修复质量和还原效果进行评价; 最后将相似性度量值与还原效果度量值进行非线性融合, 完成目标红外伪装效果的综合评价。实验表明, 该评价方法符合人眼视觉特性, 能够对复杂环境背景下目标的红外伪装效果进行较好的客观评价。     

基于双门滤波的红外点目标检测方法

讨论了红外图像点目标的检测问题。针对红外点目标无形状特征、SNR很低的特点,分析常用的最大中值滤波的优缺点,提出了改进的双门滤波器,并用之来对图像进行目标检测。该算法通过选取合适的目标窗和背景框的大小,分别计算窗、框内的平均值和方差来决定滤波器的输出,在目标窗与背景框间加缓冲带从而降低了目标与背景的误分辨。经过大量实验验证表明,该方法能够较大程度提高目标图像的信噪比,有效地检测出小目标。     

基于全局感知机制的地面红外目标检测方法

针对地面场景下的红外目标检测易受复杂背景干扰、检测精度不高、易发生误检和漏检的问题, 以车辆红外特征为研究对象, 提出了基于全局感知机制的红外目标检测方法。在以Darknet-53为主干网络的基础上, 结合具有全局信息融合的空间金字塔池化机制, 在增大模型感受域的同时增强了模型的全局信息感知力和抗干扰能力; 设计了平滑焦点损失函数, 解决了图像内因目标相互影响而导致的检测精度不高、易出现误检、漏检等问题。实验表明, 在Infrared-VOC320数据集上, 该算法的平均检测精度为80.1%, 较YOLOv3提高了4.4%, 检测速度达到了56.4 FPS, 有效提高了复杂背景下红外目标的检测精度, 实现了对红外目标的实时检测。     

空中复杂目标对背景红外辐射的散射的并行计算

提出一种快速计算非朗伯面空中复杂目标对背景辐射的散射的方法。使用Modtran软件计算天地背景红外辐射亮度。将复杂目标表面划分成三角面元并在探测方向进行遮挡消隐处理,在图形处理器（graphic processing unit, GPU）内按背景光入射方向划分计算线程,线程内利用五参数双向反射分布函数（bidirectional reflectance distribution function, BRDF）模型计算可见面元对一个方向入射的红外辐射的散射亮度。把所有可见面元的计算结果加权平均获得复杂目标对背景辐射的散射亮度。通过对某飞机目标的计算结果对比发现,基于GPU的并行算法计算速度比中央处理器(central processing unit, CPU)提高了百倍以上。     

基于Fuzzy-ART神经网络的红外弱小目标检测

针对现有背景抑制算法未能有效抑制背景而导致目标检测率低的问题,提出了一种基于模糊自适应共振理论（fuzzy adaptive resonance theory, Fuzzy ART）神经网络的弱小目标检测算法。首先,采用Fuzzy ART神经网络结合Robinson 警戒环技术,建立自适应局部空间背景模型,并以此分析像素点的背景模糊隶属度来抑制背景杂波;然后依据目标与残留背景杂波的空间特征采用模板均差法来突显目标,并提出基于行列模糊聚类的自适应分割算法来提取候选目标;最后结合目标的运动连续性进行多帧轨迹关联从而检测出真实目标。理论分析与实验结果表明,该算法能随背景的局部情况来自适应调节空间背景模型,从而自适应抑制背景杂波、突显目标,能有效提高信噪比,检测出弱小目标。     

基于视觉对比度机制的红外弱小目标检测算法

针对红外图像中空天、海天等复杂背景及像素点噪声容易造成检测虚警的问题,提出一种基于视觉对比度机制的红外弱小目标检测算法。首先,通过新定义的局部对比度算子获取对比度增强的图像,该步骤可抑制背景杂波与像素点噪声对检测的干扰,提高图像的信杂比,增强目标区域的视觉显著性。然后,利用多尺度方法优化图像的显著区域,以增强算法的适用性,从而实现算法对不同尺寸的弱小目标的有效检测。最后,利用自适应阈值分割方法获取待检测的真实目标。实验结果表明,该算法无需图像预处理环节即可实现对不同尺寸的弱小目标的鲁棒性检测,对比常用算法具有快速性、高效性和较强的适用性。     

复杂背景下SAR图像近岸舰船目标检测

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像近岸舰船目标易受背景杂波的影响, 造成SAR图像近岸舰船目标检测检测率低、虚警率和漏检率高的问题，提出一种适用于复杂背景下SAR图像近岸舰船目标检测的DFF-Yolov5(deformable feature fusion you only look once 5)算法。构建了一个专门用于SAR图像复杂背景近岸舰船目标检测的数据集, 基于Yolov5目标检测算法, 在特征提取网络中进行特征细化和多特征融合两个方面的改进。在特征提取网络中利用可变形卷积神经网络改变卷积对目标采样点的位置, 增强目标的特征提取能力, 提高复杂背景下SAR图像舰船目标的检测率。在多特征融合网络结构中采用级联和并列金字塔, 进行不同层级的特征融合。同时，使用空洞卷积扩大特征提取的视觉感受野, 增强网络对复杂背景近岸多尺度舰船目标的适应性, 降低复杂背景下SAR图像舰船目标检测的虚警率。通过在构建的复杂背景近岸舰船检测数据集上的测试实验, 结果表明: DFF-Yolov5的平均准确率为85.99%, 相比于原始的Yolov5, 所提方法平均准确率提高了5.09%, 精度提高了1.4%。