[发明专利]一种红外视频空中弱小运动目标检测跟踪方法

说明书

本发明提出了一种红外视频空中弱小运动目标检测跟踪方法。该方法提出快速准确的天际线判定策略，感知得到天空场景区域，进而在天空场景区域感知结果指导下，通过目标与背景的显著性差异从空域检测得到空中潜在目标，保证真实目标不漏检；引入目标运动趋势、多目标相似度综合评判去除虚警干扰，结合背景运动补偿进一步确认运动目标，解决运动目标准确跟踪问题。实验结果表明，该方法鲁棒性好，在目标被遮挡、重叠、消失，以及背景变化和目标忽明忽暗等复杂情况下也能进行准确、稳健的跟踪。

技术领域

本发明涉及一种针对红外视频空中弱小运动目标检测跟踪的方法，属于计算机视觉技术领域。

背景技术

随着精确制导武器的飞速发展，未来战争对武器系统的整体性能，尤其是适应性提出了更高的要求。红外制导技术以其极强的抗干扰能力、高制导精度、良好的隐蔽性等优势，广泛应用于各类导弹、飞行器及地面系统，成为可控武器系统的第二代制导技术。在民用系统中也逐步得到推广应用。一个红外制导系统一般由目标检测、目标识别、目标跟踪和攻击点选择等功能模块组成。其中，目标检测与目标跟踪作为系统最前端的处理环节，是精确制导的一个重要组成部分。针对利用红外制导系统获取的红外视频，目标检测跟踪的基本原理是捕获和跟踪目标自身辐射的能量来实现寻的制导。然而，实际应用中，当拍摄距离较远时目标成像面积往往很小，甚至表现为点目标，无法获得结构、形状等信息，而且可检测信号相对较弱，特别是在非平稳起伏背景干扰下，目标极易被背景杂波淹没，使得红外视频弱小目标的准确检测跟踪非常困难。

目标与背景环境的多样性，以及弱小目标信息的缺失，使得基于红外辐射特性建模的目标检测方法难以实施。因此，现有红外视频运动目标检测跟踪通常直接利用传统的可见光视频运动目标检测跟踪的思路，分为先检测后跟踪和先跟踪后检测两种方法。

先检测后跟踪的方法通常先对输入图像序列进行背景抑制预处理，以提高单帧图像中检测到目标的可能性；然后，采用阈值分割法、纹理分析法、形态学法等，结合最佳Bayes判决、最小最大判决或Neynan-Pearson判决等准则，对图像中每个像素点进行判决，判定它是否为潜在目标点；再根据目标图像运动的帧间高相关性，利用多帧图像的时间积累对单帧检测结果进行多数表决，形成二次决策来剔除虚警点，保留最终确认的目标。然而，当目标信噪比(SIGNAL-NOISE RATIO,SNR)较低时，这种先检测后跟踪的方法可能因为弱小目标的漏检、虚警目标的误检而失效。

先跟踪后检测的方法依据多帧检测的思想，将空间和时间信息并入多帧处理过程中。首先对可能的目标轨迹进行跟踪，但并不对这些轨迹是否是真正目标作出判决，而是对每条跟踪的轨迹计算其后验概率函数，如果某条轨迹的后验概率函数值超过某一门限，就认为该条轨迹代表一个目标(参考《星空背景下红外弱小目标的快速检测》，刊于《激光与红外》，2017年4月)。常见的先跟踪后检测方法有Hough变换法、三维匹配滤波器方法(参考《基于噪声方差估计的红外弱小目标检测与跟踪方法》,刊于《光电子·激光》,2018年3月)、多级假设检验法、动态规划法等。先跟踪后检测的方法在复杂干扰下对弱小目标，尤其是缓慢运动目标的适应性不足，在平台运动、复杂背景以及存在其他相似物干扰、目标被遮挡、目标机动运动时，该类方法则难以进行连续、准确、稳健的长时间跟踪。

为此，本申请提出了一种红外视频空中弱小运动目标检测跟踪方法。提出快速准确的天际线判定策略，感知得到天空场景区域；进而在天空场景区域感知结果指导下，通过目标与背景的显著性差异从空域检测得到空中潜在目标，保证真实目标不漏检；引入目标运动趋势、多目标相似度综合评判去除虚警干扰，结合背景运动补偿进一步确认运动目标，解决运动目标准确跟踪问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于红外视频的空中弱小运动目标检测跟踪方法。该方法不仅考虑传统方法中真实目标与背景的差异性进行检测、真实目标与候选目标的相似性进行跟踪，而且通过场景区域感知获取天空区域指导目标检测、引入多目标相似度综合评判指导跟踪，将先检测后跟踪、先跟踪后检测的思想融合在一起，实现了虚假目标的剔除以及真实目标的准确跟踪。