一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，属于双波段融合的红外弱小目标检测技术领域；步骤一、红外系统采用中波和短波实时对目标拍摄；步骤二、将前后两帧中波红外图像、短波红外图像大小调整尺寸；步骤三、融合处理，得到当前帧和上一帧融合图像；步骤四、配准，得到当前帧相对于上一帧的差分图像；步骤五、根据方差图检测疑似目标点位置；保存疑似目标点的位置和灰度值；步骤六、去除疑似目标点中的假目标；步骤七、根据待追踪真实目标的运动特性，确定真实目标；识别结束；本发明专利技术在差分图像上可以有效区分疑似目标点和噪声，提高红外小目标的检测和识别精度，并且有效地降低疑似目标的漏检测率。

A method of target extraction based on key point matching in dual band fusion

【技术实现步骤摘要】
一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法
本专利技术属于双波段融合的红外弱小目标检测
，涉及一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法。
技术介绍
作为红外成像检测系统中的一项关键技术，红外小目标检测的研究一直受到国内外学者的关注。战场上出现一个目标，从红外成像器上形成的过程来看，从远距离上的一个微弱的点状小目标，发展到一个比较明亮、稳定的斑点，最后形成一个较大的面目标。显然，在远距离上发现目标，对赢得战场上的主动性，具有决定意义。在目标检测阶段，远距离目标在成像器上显示为点状的小目标，这使得目标的检测难度很大。首先，目标太远，其在成像器上的灰度很弱，对比度很小，甚至背景中的某些物体的亮度都可能大于目标亮度，使目标的灰度特征极不明显；其次，由于目标的面积和很小，几乎没有形状和纹理等可利用的特征。此外，由于通常情况下,目标所处的背景极其复杂,目标被大量出现的杂波和噪声所污染,使红外目标的处理更加困难。但目标距离越远，其亮度越弱，面积越小，特征越不明显，检测的难度就越大。因此，红外目标检测的关键是红外小目标的检测。对于红外运动目标的检测，其任务是从图像序列的每一帧中检测到运动对象存在的位置及分割其占据的区域，尽可能完整地将其从背景中提取出来。在对静止背景下运动目标进行检测的研究中，差分法是一种较常用的运动目标检测方法，人们往往将其作为处理各类目标跟踪问题的工具之一。其思想是通过相邻帧的差分，利用图像序列相邻帧间的强相关性进行变化检测，并从背景中提取出运动目标。复杂红外背景中不仅存在红外探测器本身的内部噪声，而且更严重的是存在由云层等造成的起伏背景杂波。为了有效地从上述背景中检测弱信号的小目标，人们提出了背景抑制技术。经典方法是基于图像序列设法求出背景的估计参数，然后从输入图像中减去背景估计，便得到一幅信号增强图像。最后，利用门限或序贯门限方法，将小目标正确的检测出来。由于红外导引头的运动，在红外成像技术中背景和目标可能都处在一个运动的状态，基于传统的背景估计和检测方法将会受到背景的运动而受影响。在实际应用中，对于某些红外图像和运动小目标无法获得它们的先验知识，首先是不能获得目标的特性，也就是无法通过建模的方法进行检测；其次，由于红外图像成像条件以及低信噪比的限制，使得小目标没有明显的纹理、结构等特征，这给目标的检测较大困难；最后，背景的随动给目标带来较大的干扰。此外，现实中的中短波数据有互补性的特征，短波图像细节纹理丰富，边缘清晰，成像特征接近可见光图像，但是目标容易被背景遮挡干扰；而中波图像背景较为干净，目标与背景的对比明显，但是在目标边缘模糊，目标形状不稳定。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，在差分图像上可以有效区分疑似目标点和噪声，提高红外小目标的检测和识别精度，并且有效地降低疑似目标的漏检测率。本专利技术解决技术的方案是：一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，包括如下步骤：步骤一、红外系统采用中波实时对目标所在区域拍摄红外图像；红外系统采用短波实时对目标拍摄红外图像；步骤二、将当前帧的中波红外图像、当前帧的短波红外图像、上一帧的中波红外图像和上一帧的短波红外图像的大小调整至统一尺寸；步骤三、将当前帧的中波红外图像与短波红外图像融合处理，得到当前帧融合图像；将上一帧的中波红外图像与短波红外图像融合处理，得到上一帧融合图像；步骤四、将当前帧融合图像与上一帧融合图像进行配准，得到当前帧相对于上一帧的差分图像；步骤五、对当前帧差分图像进行局部方差计算，获得方差图；根据方差图检测疑似目标点位置；并在当前帧融合图像中根据对应位置找到疑似目标点对应的灰度值；保存当前帧差分图像中疑似目标点的位置和灰度值；步骤六、设定检测帧数阈值为N；重复步骤二至步骤四N-1次，获得连续N帧差分图像；对同一疑似目标点在N帧连续图像的位置和灰度值进行判断；根据判断结果去除疑似目标点中的假目标；步骤七、根据连续N帧差分图像，获取剩余疑似目标点的连续运动轨迹；根据待追踪真实目标的运动特性，确定真实目标；识别结束。在上述的基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，所述步骤一中，中波波长为3-5μm；短波波长为1.8-2.8μm。在上述的基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，所述步骤二中，调整后图像尺寸为：图像高度为256像素；图像宽度为256像素。在上述的基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，所述步骤四中，对当前帧融合图像与上一帧融合图像进行配准，获得差分图像的具体方法为：对当前帧融合图像与上一帧融合图像进行匹配，通过对背景运动参数的估计实现对目标的运动进行偏移补偿，根据运动参数进行帧间背景的运动补偿后得到稳定的背景，实现排出噪声和杂波的干扰。在上述的基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，所述步骤五中，进行局部方差计算的方法为：将差分图像分为互不重叠的5*5像素块矩阵，计算每个像素块的方差，遍历差分图像全部像素，获得方差图。在上述的基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，所述步骤六中，N为20。在上述的基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，所述步骤六中，对同一疑似目标点在N帧连续图像的位置和灰度值进行判断的具体方法为：当同一疑似目标点在相邻两帧图像中的位移变化率小于10个像素，且灰度值变化小于10％时，判断该候选目标点为疑似点；否则为假目标。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术利用融合中波与短波红外图像的技术得到融合后的目标信息丰富的红外图像，之后对该融合后的红外图像进行前后两帧间的配准得到相应的差分图像，之后对该差分图像计算局部方差得到相应的方差图，之后根据方差图信息找到疑似目标点得到每帧图像中的候选目标，最后通过轨迹连续性识别方法实现运动小目标的准确检测。在复杂红外场景下，本专利技术提供的方法能快速准确的自动检测红外运动小目标；(2)本专利技术通过融合中短波数据，我们能够保留短波图像的纹理信息和中波图像中目标与背景的对比度，这样的融合结果能兼具两个波段数据的优点，从而比原始数据更利于目标识别与跟踪；(3)本专利技术提出的基于差值平方和的模板匹配方法实现运动参数估计，在差分图像上可以有效区分疑似目标点和噪声，提高红外小目标的检测和识别精度，并且有效地降低疑似目标的漏检测率。附图说明图1为本专利技术目标提取流程图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。针对红外复杂环境中弱小目标易受噪声、背景等干扰以及无任何先验知识下，本专利技术提出了一种基于关键点匹配的双波段融合的红外弱小目标检测方法。该方法是先利用融合中波与短波红外图像的技术得到融合后的目标信息丰富的红外图像，之后对该融合后的红外图像进行前后两帧间的配准得到相应的差分图像，之后对该差分图像计算局部方差得到相应的方差图，之后根据方差图信息找到疑似目标点得到每帧图像中的候选目标，并由目标的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一、红外系统采用中波实时对目标所在区域拍摄红外图像；红外系统采用短波实时对目标拍摄红外图像；/n步骤二、将当前帧的中波红外图像、当前帧的短波红外图像、上一帧的中波红外图像和上一帧的短波红外图像的大小调整至统一尺寸；/n步骤三、将当前帧的中波红外图像与短波红外图像融合处理，得到当前帧融合图像；将上一帧的中波红外图像与短波红外图像融合处理，得到上一帧融合图像；/n步骤四、将当前帧融合图像与上一帧融合图像进行配准，得到当前帧相对于上一帧的差分图像；/n步骤五、对当前帧差分图像进行局部方差计算，获得方差图；根据方差图检测疑似目标点位置；并在当前帧融合图像中根据对应位置找到疑似目标点对应的灰度值；保存当前帧差分图像中疑似目标点的位置和灰度值；/n步骤六、设定检测帧数阈值为N；重复步骤二至步骤四N-1次，获得连续N帧差分图像；对同一疑似目标点在N帧连续图像的位置和灰度值进行判断；根据判断结果去除疑似目标点中的假目标；/n步骤七、根据连续N帧差分图像，获取剩余疑似目标点的连续运动轨迹；根据待追踪真实目标的运动特性，确定真实目标；识别结束。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、红外系统采用中波实时对目标所在区域拍摄红外图像；红外系统采用短波实时对目标拍摄红外图像；
步骤二、将当前帧的中波红外图像、当前帧的短波红外图像、上一帧的中波红外图像和上一帧的短波红外图像的大小调整至统一尺寸；
步骤三、将当前帧的中波红外图像与短波红外图像融合处理，得到当前帧融合图像；将上一帧的中波红外图像与短波红外图像融合处理，得到上一帧融合图像；
步骤四、将当前帧融合图像与上一帧融合图像进行配准，得到当前帧相对于上一帧的差分图像；
步骤五、对当前帧差分图像进行局部方差计算，获得方差图；根据方差图检测疑似目标点位置；并在当前帧融合图像中根据对应位置找到疑似目标点对应的灰度值；保存当前帧差分图像中疑似目标点的位置和灰度值；
步骤六、设定检测帧数阈值为N；重复步骤二至步骤四N-1次，获得连续N帧差分图像；对同一疑似目标点在N帧连续图像的位置和灰度值进行判断；根据判断结果去除疑似目标点中的假目标；
步骤七、根据连续N帧差分图像，获取剩余疑似目标点的连续运动轨迹；根据待追踪真实目标的运动特性，确定真实目标；识别结束。


2.根据权利要求1所述的基于关键点匹配的双波段融合目标提取方法，其特征在于：所述步骤一中，中波波长为3-5μm；短波波长为1.8-2.8μm。

【专利技术属性】
技术研发人员：印剑飞，王兴，杨俊彦，朱婧文，杨波，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31