[发明专利]一种抗云层干扰的飞机目标检测方法

权利要求书

1.一种抗云层干扰的飞机目标检测方法，应用于机场立体防控系统中飞机降落过程中飞机目标检测系统，其特征在于：

根据红外图像中降落飞机目标的运动特性，对低空目标的运动特征进行分析，去除云层干扰，在待确认低空目标中确定降落过程中的飞机目标，具体步骤如下：

⑴滤波：

在机场区域低空监控红外图像中确定图像中的低空区域，低空区域根据摄像机摆放位置和视场范围确定；

针对图像中飞机目标的低空区域，采用先横向后纵向的方式进行Top-Hat形态学滤波，滤波因子长度根据实际图像中目标确定；

⑵计算均值和标准差：

对进行Top-Hat滤波的图像区域计算滤波图像的均值μ和标准差σ；

设置滤波图像I_F为r行c列，均值μ表示为：标准差σ表示为：σ=1r×c-1Σi=1rΣj=1c(IF(i,j)-μ)2;]]>

其中I_F(i，j)表示图像I_F第i行第j列像素的像素值；

⑶计算最优分割阈值：

针对图像相中大于μ+σ的像素值，以最大类间方差准则计算最优分割阈值Th；

⑷分割图像：

根据阈值Th对滤波图像I_F进行图像分割，形成分割图像I_S；

分割法则如下：Is(i,j)=1IF(i,j)≥Th0IF(i,j)<Th]]>

其中I_F(i，j)表示图像I_F第i行第j列像素的像素值，I_S(i，j)表示图像I_S第i行第j列像素的像素值；

⑸确定候选目标区域：

将分割图像中像素值为1的连通区域进行像素数统计，去除像素数为1的孤立点；将其他连通区域按照像素数从大到小排序，选择像素数最大的5个区域作为候选目标；

⑹计算候选目标长宽比：

长参数1gh为目标区域外接矩形横方向像素数，宽参数wdh为目标区域外接矩形纵方向像素数；目标长宽比1w定义为：

⑺根据长宽比参数筛选候选目标：

将长宽比参数1w小于1和大于10的目标区域从第一级候选目标区域中剔除；

⑻计算并存储所有候选目标的中心坐标：

候选目标宽度为候选目标区域最右边像素与最左边像素横坐标差值，候选目标高度为候选目标区域最上边像素与最下边像素纵坐标差值，候选目标面积为候选目标区域覆盖像素数；

设候选目标所覆盖p个像素坐标分别为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，…，(x_p，y_p)，该候选目标中心(cx，cy)坐标为：

⑼在候选目标中确定连续存在的候选目标：

对之后的图像帧重复步骤（1）～步骤（8），记录每一帧候选目标的中心坐标，对于第k帧中中心坐标为(cx_k，cy_k)的候选目标T1，在第k-1帧中中心坐标为(cx_k-1,cy_k-1)的候选目标与候选目标T1中心坐标的欧氏距离最近，且满足如下关系：时，判断连续两帧之间候选目标的中心距离最近，从而确认k-1帧中，中心坐标为(cx_k-1,cy_k-1)的目标与T1为同一目标；

⑽确定第一级候选目标：

如果某一目标连续5帧存在，则确认为第一级候选目标，记录该目标连续5帧中的位置信息；对于目标编号为i的候选目标，目标位置信息为在图像中的横纵坐标cx、cy；连续5帧目标位置信息记为

⑾计算第一级候选目标5帧之内的横向坐标变化：

对于目标编号为i的候选目标，横向坐标变化参数hc为该目标第1帧位置横坐标和第5帧位置横坐标之差的绝对值，描述为：

⑿根据横向坐标变化筛选第一级候选目标，得到第二级候选目标：

在候选目标中去除其对应横向坐标变化hc值小于系统阈值T_hc的目标，得到第二级候选目标；

⒀计算候选目标的轨迹：

对于目标编号为i的第二级候选跟踪目标，横方向和纵方向位置参数方程为：cx=a₀+a₁t，cy=b₀+b₁t，其中参数t为目标区域所在的图像帧号；

采用基于直线的最小二乘拟合，以第1、3、5帧位置信息拟合位置参数方程，获取a₀、a₁、b₀、b₁的计算值a₀ⁱ、a₁ⁱ、b₀ⁱ、b₁ⁱ：

a0i=3524Σk=13cx(2k-1)i-38Σk=13(2k-1)cx(2k-1)i]]>

a1i=-38Σk=13cx(2k-1)i+18Σk=13(2k-1)cx(2k-1)i]]>

b0i=3524Σk=13cy(2k-1)i-38Σk=13(2k-1)cy(2k-1)i]]>

b1i=-38Σk=13cy(2k-1)i+18Σk=13(2k-1)cy(2k-1)i]]>

⒁进一步获取跟踪目标的目标位置：

对第二级候选目标的目标区域按步骤（9）描述方法在后续4帧中进行目标位置获取，得到目标i在6～9帧中的位置坐标，对于目标编号为i的第二级候选目标，6～9帧中的位置信息记为

⒂计算第二级候选目标的位置坐标估计值：

根据步骤（13）中取得的位置参数方程的参数，计算出第二级候选目标在第7帧和第9帧中的位置坐标估计值；

对于目标编号为i的第二级候选目标，第7帧和第9帧中的位置坐标估计值为：

⒃计算第7帧和第9帧位置坐标估计值与实际值之间的距离：

对于目标编号为i的第二级候选目标，分别记为：

⒄确定目标：

在第二级候选目标中剔除和数值其中一个大于系统阈值T_cd，若和数值均小于阈值T_cd，则目标i可被认定为降落飞机目标；

⒅最终确定目标：

当步骤（17）确认的飞机目标多于1个时，选择cd₇和cd₉数值之和最小的目标确认为降落飞机目标。