[发明专利]一种航拍图像的运动小目标检测方法

权利要求书

1.一种航拍图像的运动小目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)利用光流约束方程，对航拍图像及其相邻帧的图像块进行计算，得到航拍图像的光流图；

(2)对光流图中每个像素点进行梯度计算，得到运动边缘图像；

(3)对运动边缘图像依次进行去噪和细化后，得到稀疏的运动边缘图像；

(4)根据边缘强度差对稀疏的运动边缘图像中的边缘点进行组合，得到边缘段，计算边缘段之间的关联程度；

(5)利用滑动窗口在稀疏的运动边缘图像中滑动，得到窗口集合，对于窗口集合中的每个窗口，根据边缘段与窗口的位置关系，利用边缘段之间的关联程度计算每个窗口的边缘段的权重，利用每个窗口的边缘段的权重计算每个窗口包含目标的得分；

(6)将包含目标的得分大于等于阈值的窗口作为候选窗口，使用最小方向对比度计算候选窗口的显著性图像，根据显著性图像计算候选窗口的紧致度得分；

(7)根据候选窗口的紧致度得分，使用非极大值的抑制方法，对候选窗口进行剔除，得到目标窗口作为最终的小目标检测结果；

所述步骤(5)包括：

(5-1)利用滑动窗口在稀疏的运动边缘图像中滑动，得到窗口集合，对于窗口集合中的每个窗口，根据边缘段与窗口的位置关系分为位于窗口外的边缘段、与窗口相交的边缘段以及位于窗口内的边缘段，将位于窗口内的边缘段划分为独立存在于窗口内的边缘段以及与窗口边框有关的边缘段；

(5-2)当边缘段位于窗口外和窗口内时，边缘段的权重设置为0，当边缘段位于窗口内时，独立存在于窗口内的边缘段的权重设置为1，与窗口边框有关联的边缘段的权重为：

其中，w_b(s_i)为与窗口边框有关联的边缘段的权重，T为以与窗口边框相交的边缘段为起点，以当前边缘段S_i为终点的一条路径，a(t_j,t_j+1)为第j个边缘段t_j与第j+1个边缘段t_j+1之间的关联程度；

(5-3)利用步骤(5-2)得到的权重计算窗口中包含目标的得分，得分h_b为：

式中，W_b为利用步骤(5-2)得到的边缘段的权重，m_i是边缘段i的强度，b_w与b_h分别为窗口的宽度与高度，k是调节窗口尺寸对得分影响的参数；

所述步骤(6)包括：

(6-1)将包含目标的得分大于等于阈值的窗口作为候选窗口，计算候选窗口的方向对比度：

其中，|Ω|代表区域Ω中像素点个数，TL、TR、BL和BR分别表示候选窗口中像素点i1的左上方区域、右上方区域、左下方区域和右下方区域，ch表示当前的图像通道数，K为图像通道数，S(i1)为像素点i1的最小方向对比度，DC_i1,Ω为像素点i1在区域Ω的方向对比度，I_i1,ch为像素点i1在ch通道的像素值，I_j1,ch为像素点j1在ch通道的像素值，j1为区域Ω中像素点；

(6-2)计算候选窗口中每个像素点的最小方向对比度，得到最小方向对比度图像，对最小方向对比度归一化得到候选窗口的显著性图像，使用大津法自适应计算显著性图像的分割阈值ε，候选窗口中显著性概率小于ε的像素点的像素值全部置零，显著性概率大于等于ε的像素点的像素值不变；

(6-3)将窗口的边缘向内移动一个像素位置，当窗口的边缘上有不为0的点，停止移动，否则继续移动，得到紧致包含目标的窗口，计算紧致包含目标的窗口的紧致度得分AC(B_p)：

其中，|B_p|为紧致包含目标的窗口B_p的面积，S是B_p中各像素点的显著性概率。

2.如权利要求1所述的一种航拍图像的运动小目标检测方法，其特征在于，所述小目标的面积占航拍图像的面积的十万分之五到千分之一。

3.如权利要求1或2所述的一种航拍图像的运动小目标检测方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：

利用光流约束方程，对航拍图像及其相邻帧的图像块进行计算，得到超定方程组矩阵，使用最小二乘法求解超定方程组矩阵，得到航拍图像的图像块内各像素点在水平和竖直方向的光流移动大小，构成航拍图像的光流图。