一种红外弱小目标跟踪方法技术

本发明专利技术涉及一种红外弱小目标跟踪方法、计算机设备及计算机可读存储介质，包括：由上一帧红外图像中的目标信息生成当前帧红外图像的空间域权重图；获取一组历史红外图像，生成当前帧红外图像的时间域权重图；结合空间域权重图与时间域权重图生成总权重图，并与当前帧红外图像相乘，生成最终效果图；利用结构张量检测最终效果图内所有候选目标；由转台伺服数据解算出上一帧红外图像的目标在当前帧的位移、速度，作为位移约束、速度约束剔除虚警，得到跟踪的真实目标；以跟踪的真实目标更新当前帧目标信息并保留历史数据，实现目标跟踪。本发明专利技术能够提高对目标的检测概率，强化对低信噪比小目标的稳定跟踪能力，并降低虚警概率。

【技术实现步骤摘要】
一种红外弱小目标跟踪方法
本专利技术涉及图像处理及目标跟踪
，尤其涉及一种红外弱小目标跟踪方法、计算机设备及计算机可读存储介质。
技术介绍
红外跟踪技术一直在导航控制、军事防御、安防监控等领域发挥着极为重要的作用与价值，但目前红外跟踪技术仍存在许多不足之处，越发复杂的应用环境也对红外跟踪系统提出更加苛刻的需求。对红外目标的稳定跟踪距离是衡量红外跟踪系统的一个重要指标，目前受限于红外探测器面阵的分辨率与高成本，如何进一步提高红外跟踪系统的稳定跟踪距离成为一个重要课题。红外低信噪比小目标，即红外弱小目标，通常与红外探测器距离很远，成像尺寸往往只有几个像素，且自身红外辐射特性通过大气传输衰减了许多，导致目标容易在跟踪过程中丢失，甚至湮没于背景噪声中。基于单帧目标检测的跟踪方法很容易丢失低信噪比小目标的信息，因此，为进一步提高红外跟踪系统的稳定跟踪距离，实现准确跟踪红外低信噪比小目标，需要提供一种有效的红外弱小目标跟踪方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决现有技术中难以有效、稳定跟踪红外弱小目标的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种红外弱小目标跟踪方法，包括如下步骤：S1、在稳定跟踪过程中，输入红外图像与转台伺服数据，由上一帧红外图像中的目标信息生成当前帧红外图像的空间域权重图；S2、获取一组历史红外图像，根据其中每一个历史帧中保留的目标信息，解算当前帧的目标位置，并计算对应的权重系数；将一组历史红外图像中各历史帧计算所得权重系数通过加权结合，生成当前帧红外图像的时间域权重图；S3、结合空间域权重图与时间域权重图，采用加权方式生成总权重图，并与当前帧红外图像相乘，生成最终效果图；S4、利用结构张量检测最终效果图内所有候选目标；S5、由转台伺服数据解算出上一帧红外图像的目标在当前帧的位移、速度，作为位移约束、速度约束剔除虚警，得到所有候选目标中置信度最高的目标作为跟踪的真实目标；S6、以跟踪的真实目标更新当前帧目标信息并保留历史数据，实现目标跟踪。优选地，所述步骤S1中，由上一帧红外图像中的目标信息生成当前帧红外图像的空间域权重图时，由空间域的注意力机制，通过预测上一帧的目标在当前帧红外图像的位置与速度，对当前帧生成权重图。优选地，所述步骤S2中，获取的一组历史红外图像至少包括20帧历史红外图像。优选地，所述步骤S2中，根据每一个历史帧中保留的目标信息，解算当前帧红外图像的目标位置信息时，设(xt,yt)表示t时刻目标在红外图像中的坐标位置，Δt表示两帧红外图像之间的时间间隔，(xt′,yt′)表示t时刻的目标在t+Δt时刻红外图像中的坐标位置，t+Δt时刻目标位置信息计算表达式如下：其中，W、H分别为红外图像的宽度、高度，Φ为红外图像方位视场角，Θ为红外图像俯仰视场角，表示Δt时间间隔对应转台伺服的方位角变化，Δθ表示Δt时间间隔对应转台伺服的俯仰角变化。优选地，所述步骤S2中，将一组历史红外图像中各历史帧计算所得权重系数通过加权结合时，根据各历史帧的目标信噪比进行加权，使目标信噪比高的历史帧获得大的加权权重。优选地，所述步骤S4中，利用结构张量检测最终效果图内所有候选目标时，结构张量表达式为：其中，G为高斯核，I为红外图像，Ix、Iy分别为红外图像I在x、y方向上的梯度图，对结构张量Js(▽I)计算特征值矩阵为：对于红外图像I中的每个像素点I(x,y)，根据对应的矩阵元素λ1(x,y)、λ2(x,y)检测该像素点I(x,y)是否属于候选目标。优选地，所述步骤S5中，由转台伺服数据解算出上一帧红外图像的目标在当前帧的位移、速度时，(x′t,y′t)表示解算所得的、t时刻的目标在t+Δt时刻红外图像中的坐标位置，(xt+Δt,yt+Δt)表示跟踪所得的、目标t+Δt时刻红外图像中的坐标位置，t时刻到t+Δt时刻，空间域中目标超出预测的位移量为Δx＝xt+Δt-x′t，Δy＝yt+Δt-y′t，超出预测的速度量为以超出预测的位移量、速度量作为位移约束、速度约束剔除虚警。优选地，所述步骤S2中，获取的一组历史红外图像时，对于100hz的图像采集帧频，保留前20帧数据作为历史红外图像。本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述红外弱小目标跟踪方法的步骤。本专利技术还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述红外弱小目标跟踪方法的步骤。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术提供了一种红外弱小目标跟踪方法、计算机设备及计算机可读存储介质，本专利技术利用多帧红外图像中的关联信息，结合空间域权重系数与时间域权重系数，生成目标总权重图，并利用结构张量检测候选目标，提高对低信噪比小目标的检测概率，强化对低信噪比小目标的稳定跟踪能力，并降低虚警概率。附图说明图1是本专利技术实施例中一种红外弱小目标跟踪方法步骤示意图；图2是本专利技术实施例中一种红外弱小目标跟踪方法流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1和图2所示，本专利技术实施例提供的一种红外弱小目标跟踪方法，包括如下步骤：S1、在稳定跟踪过程中，输入红外图像与转台伺服数据，由上一帧红外图像中的目标信息生成当前帧红外图像的空间域权重图。其中，转台伺服数据包括转台输出的方位角、俯仰角，目标信息包括目标与虚警的位置、速度、转台伺服数据。S2、获取一组历史红外图像，根据这一组历史红外图像中每一个历史帧中保留的目标信息，即所有目标与虚警的位置、速度、转台伺服数据，解算当前帧的目标位置，并计算对应的权重系数；将一组历史红外图像中各历史帧计算所得权重系数通过加权结合，生成当前帧红外图像的时间域权重图。S3、结合空间域权重图与时间域权重图，采用加权方式生成总权重图，以总权重图乘以当前帧红外图像，生成最终效果图。生成的总权重图中，对于目标存在概率低的像素，其对应的权重系数为(0，1)之间，抑制背景噪声影响，降低虚警概率，而对于目标存在概率高的像素，对应的权重系数大于1，可以起到增强目标信噪比的作用。加权时空间域权重图与时间域权重图二者的权重可根据需要设置，例如可设置为0.5对0.5。S4、利用结构张量检测最终效果图内所有候选目标。S5、由转台伺服数据解算出上一帧红外图像的目标在当前帧的位移、速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种红外弱小目标跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、在稳定跟踪过程中，输入红外图像与转台伺服数据，由上一帧红外图像中的目标信息生成当前帧红外图像的空间域权重图；/nS2、获取一组历史红外图像，根据其中每一个历史帧中保留的目标信息，解算当前帧的目标位置，并计算对应的权重系数；将一组历史红外图像中各历史帧计算所得权重系数通过加权结合，生成当前帧红外图像的时间域权重图；/nS3、结合空间域权重图与时间域权重图，采用加权方式生成总权重图，并与当前帧红外图像相乘，生成最终效果图；/nS4、利用结构张量检测最终效果图内所有候选目标；/nS5、由转台伺服数据解算出上一帧红外图像的目标在当前帧的位移、速度，作为位移约束、速度约束剔除虚警，得到所有候选目标中置信度最高的目标作为跟踪的真实目标；/nS6、以跟踪的真实目标更新当前帧目标信息并保留历史数据，实现目标跟踪。/n

【技术特征摘要】
1.一种红外弱小目标跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在稳定跟踪过程中，输入红外图像与转台伺服数据，由上一帧红外图像中的目标信息生成当前帧红外图像的空间域权重图；
S2、获取一组历史红外图像，根据其中每一个历史帧中保留的目标信息，解算当前帧的目标位置，并计算对应的权重系数；将一组历史红外图像中各历史帧计算所得权重系数通过加权结合，生成当前帧红外图像的时间域权重图；
S3、结合空间域权重图与时间域权重图，采用加权方式生成总权重图，并与当前帧红外图像相乘，生成最终效果图；
S4、利用结构张量检测最终效果图内所有候选目标；
S5、由转台伺服数据解算出上一帧红外图像的目标在当前帧的位移、速度，作为位移约束、速度约束剔除虚警，得到所有候选目标中置信度最高的目标作为跟踪的真实目标；
S6、以跟踪的真实目标更新当前帧目标信息并保留历史数据，实现目标跟踪。


2.根据权利要求1所述的红外弱小目标跟踪方法，其特征在于：所述步骤S1中，由上一帧红外图像中的目标信息生成当前帧红外图像的空间域权重图时，由空间域的注意力机制，通过预测上一帧的目标在当前帧红外图像的位置与速度，对当前帧生成权重图。


3.根据权利要求1所述的红外弱小目标跟踪方法，其特征在于：所述步骤S2中，获取的一组历史红外图像至少包括20帧历史红外图像。


4.根据权利要求1所述的红外弱小目标跟踪方法，其特征在于：所述步骤S2中，根据每一个历史帧中保留的目标信息，解算当前帧红外图像的目标位置信息时，设(xt,yt)表示t时刻目标在红外图像中的坐标位置，Δt表示两帧红外图像之间的时间间隔，(x′t,y′t)表示t时刻的目标在t+Δt时刻红外图像中的坐标位置，t+Δt时刻目标位置信息计算表达式如下：



y′t＝yt-H·Δθ/Θ
其中，W、H分别为红外图像的宽度、高度，Φ为红外图像方位视场角，Θ为红外图像俯仰视场角，表示Δt时间间隔对应转台伺服的方位角变化，Δθ表示Δt时间间隔对应转...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔洪，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11