海天复杂背景下红外目标的检测跟踪算法

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1、第38卷第5期光子学报V(】1．38NO．52009年5月ACTAPH()T()NICASINICAMay2009海天复杂背景下红外目标的检测跟踪算法苏秀琴，梁金峰。，陆陶，杨露。(1巾国科学院西安光学精密机械研究所，西安710119)(2巾国科学院研究牛院，北京100049)摘要：在分析海天复杂背号下红外目标图像特征的基础上，提出适合该环境的红外目标检测算法．该算法采用行均值相减的方法抑制海平面非线性温度场的影响，并进行中值滤波处理．对于更加复杂的环境，选用数学形态滤波法抑制背景中的大面积云团或海浪，从而确定出目标区域来进

2、行目标图像的分割及增强．同时，综合使用图像捕获区域指定、运动目标检测法、弱目标的增强提取、记忆外推功能、数据融合加权跟踪方法，来保证在海天复杂背景下红外目标的可靠跟踪．实验表明，该算法能较好地处理海天复杂背景下红外目标的检测，且算法易于硬件实现，提高目标检测的实时效率．关键词：红外图像；目标检测；行均值相减；数学形态学；跟踪中图分类号：TP751．1文献标识码：A文章编号：10044213(2009)05一l3094O引言式中、，(，)为目标图像像素值，J／'i(，Y)为海天背景像素值川(，)为噪音像素值．由于红外图像复杂海

3、天背景主要是由位于图像下方的海面背反应的是热辐射差，而温度在空间上是渐变的，反映景和上方的天空背景组成．一般来说，海面的辐射温在红外图像上就是背景在空间上往往大面积连续分度低于天空的辐射温度，其灰度整体表现为低亮度，布，且在灰度分布上有很大的相关性．一般情况下，但由于海浪的运动、波浪的反光、太阳高度角的变化目标的红外辐射强度要高于其邻域背景的辐射强及目标距离的远近、热辐射分布的不均匀性、不同气度，且两者的辐射强度具有不相关性，即厂一，(，)>象条件下的大气衰减等因素影响，有许多浪峰的灰／(，)．据分析可以得知，在红外成像系统

4、中，由度值接近甚至等于或大于天空与目标灰度．天空背背景引起的相邻行之间的变化很小且有很强的相关景辐射整体比海面背景高，随着仰角的增加天空背性；目标由于温度较高，在灰度上偏离其行灰度的均景辐射强度逐渐降低，在一定仰角时，低于海面背景值且与背景不相关．因此可以采取行均值相减的方的辐射强度．由于该环境下红外目标图像的信噪比法，消除温度场的影响．受环境影响比较大，使得传统目标检测方法难以1．2数学形态学有效检测出目标．对于这种复杂背景下的低信噪比形态学图像处理的基本思想为，选取合适的结红外目标的检测，关键问题在于如何有效的抑制背构元

5、素提取图像中的目标，从而简化图像结构信息，景同时又能较好提取目标．便于后续处理．结构元素可以直接携带知识(形态、本文采用行均值相减方法结合中值滤波，对更大小、灰度等)．形态算子是欧氏空间中定义的矢量复杂的背景用形态学滤波来确定出目标区域．实验运算，本身具有几何、拓扑特性，由于视觉信息的理结果表明，该方法能较好地解决复杂海天背景下红解都是基于对象的几何特性的，因此它更适合视觉外目标的检测问题．同时，使用图像捕获区域指定、信息的处理和分析．同时，数学形态学所使用的各种运动目标检测法、弱目标的增强提取、记忆外推功变换大都具有并行、

6、局部、实时、快速及易于硬件实能、数据融合加权等跟踪方法，保证了在海天复杂背现的特性．景下红外目标的可靠跟踪．数学形态学运算有：膨胀、腐蚀、开启、闭合以1红外图象分析及数学形态学及由这四个基本运算组合而成的其他变换运算，如：击中或击不中变换，边界提取，区域填充等．其中膨1．1红外图象分析胀和腐蚀是数学形态学最基本的两种运算，其互为海天背景下红外图像可描述为对偶运算．用结构元素b对图像厂进行灰度膨胀运／(_’，)一-厂I(j’，)+f}{(，)+"(，Y)(1)算记为厂①b，定义为(Sob)(，f)一I'FlaX{_厂(—，．y

7、)+b(a-，)JTel：02988887680Email：xqsu@opt．ac．cYl收稿日期：20071225(S—)，(t—)∈D，和(，)∈D}(2)光子学报式中D，和D分别是_，’和b的定义域，这里，限制度的保留细节信息，提高预处理的效果．众所周知，(—)和(f—Y)在l厂的定义域内．用结构元素b对线性滤波对于加性高斯信号有较好的平滑作用，但图像／进行灰度腐蚀运算记为Ob，定义为是，对脉冲信号和其他形式的高频分量抑制效果较(1，、@6)(S，t)一min{l厂(s十，+)一b(x，)I差，且使信号边缘产生模糊．而

8、以中值滤波为代表的(+)，(+)∈D，和(，)∈D}(3)非线性滤波器应用于多维信号处理时，对窄脉冲信式中D，和D分别是_厂和b的定义域，这里，限制号具有良好的抑制能力，且能较好的保持边缘．由实(+)和(f+)在_厂的定义域内．际录取的红外图像分析得知，噪音多为单点脉冲噪除了这两种基本运算