專利名稱：單幀暗弱點目標快速自動捕獲與跟蹤檢測方法
技術領域：
本發明屬于圖像中目標快速捕獲與跟蹤技術領域。
背景技術：
隨著信息化時代的到來，武器裝備水平不斷提高，信息對抗技術不斷發展，對光電 跟蹤測量系統的要求也越來越高，為了盡可能早的發現和捕獲對方目標，使得我方防御武 器有足夠的反映時間，要求在很遠的距離上就能夠檢測到目標，這就是備受關注的小目標 檢測問題。小目標檢測性能的好壞直接決定了光電檢測系統的有效作用距離及設備的復雜 程度，它在光電系統中發揮著舉足輕重的作用。采用傳統的弱小目標提取方法，提取實時性 和準確度很低，原因如下 (1)傳統的點目標提取方法一般采取多幀累積的方法來抑制噪聲，實現弱小目標 提取，在點目標出現后不能進行實時捕獲，實時性不高； (2)當采用按亮度進行閾值分割時，如果背景較亮或背景不均勻會影響點目標的 提取與跟蹤； (3)當背景中有大目標出現時會抑制小目標的提取而造成誤捕獲。 針對上述問題，本發明提出一種單幀暗弱點目標提取算法，避免了按灰度提取或
多幀提取存在的問題，實現了在復雜天空背景下，暗弱點目標的實時檢測。
目前，暗弱點目標檢測算法主要有兩大類①是通過多幀累積來增強暗弱點目標；
②是利用點目標與背景的灰度差異來進行點目標分割。 方法①是最經典的點目標提取方法，該方法的優點是對圖像中的噪聲不敏感，缺 點是對數據存儲量要求比較高，及對硬件存儲能力有一定要求，而且需要以前的信息做支 持，不利于實時應用，并且只針對目標運動緩慢的情況，需要兩幀之間匹配累積，對跟蹤架 轉動，背景變化迅速的圖像是不適用的；方法②一般是先對圖像進行灰度統計，利用目標與 背景灰度的差異選取閾值，分割出較亮的點目標，該方法的優點是計算量小，且對硬件的要 求較低，不足之處是算法性能受背景變化的影響，對噪聲比較敏感，對背景不均勻或有更亮 目標干擾時不適用。
發明內容
本發明采用自行設計的點濾波器來對圖像中的暗弱點目標進行檢測。 根據點目標的大小來決定濾波器的尺寸， 一般取7*7大小來檢測3*3像素的星點，
將濾波器對圖像進行巻進，增強星點的亮度值，削弱背景的亮度值，然后使用閾值對圖像進
行灰度分割提取暗弱點目標，這種濾波器可以抑制背景亮度，對于8位(256個灰度級)，即
便是在白天也可以將天空亮度抑制在30個灰度級以下，很好的分離背景與目標點。 由于本發明所采取的方法可以在單幀之內增強目標，如果加上二次捕獲來抑制噪
聲，兩幀之內就可以捕獲暗弱目標，相對多幀積累具有很好的實時性，可以解決上述(1)的
問題。加入濾波器對圖像進行濾波后，可以很好的抑制背景亮度，即便在天空很亮或者不均
3勻的時候，都可以加強目標削弱背景而達到目標與背景分離的效果，可以解決上述(2)的
問題。濾波器尺寸可以決定對大目標和小目標的敏感程度，可將大、小目標分離，達到多重
任務要求，解決了上述(3)的問題。 下面對本發明的方法步驟作進一步描述。 1、調入實時圖像，存儲圖像灰度值， 2、設計一個點濾波器f對圖像進行濾波。如果暗弱點目標像素為3X3，可將濾波 器f設為7X 7，其結構形式如下式所示<formula>formula see original document page 4</formula>
其中<formula>formula see original document page 4</formula>;h為控制參數，防止計 算后的圖像灰度越界，需要根據具體圖像進行調整。原始圖像I(x， y)經過f濾波以后，可
以得到增強后的圖像/(x,力，
<formula>formula see original document page 4</formula>
3、將濾波后的圖像/(x，y)選取閾值去掉背景信息，并根據灰度和距離信息進行點 目標的亮度排序。 4、多星點提取后進行二次捕獲，把兩場相近位置出現的候選點目標視為真正的點 目標，轉為跟蹤狀態。 5、在小窗口內同樣使用點濾波器進行濾波跟蹤。 本發明的優點采用自行設計的點濾波器來對圖像中的暗弱點目標進行檢測。避 免了直接按灰度提取或多幀提取存在的問題，實現了在復雜天空背景下加強目標削弱背 景，達到目標與背景分離的效果，從而穩定檢測出目標，滿足實時處理要求。解決了暗、弱、 小目標的捕獲、跟蹤與測量問題。該方法簡便易行，實時性強，穩定性好。
圖1為本發明的程序流程圖。
圖2為暗背景下點目標的實驗結果。
圖3為強背景下點目標的檢測結果。
圖4為不均勻背景下點目標的檢測結果。
具體實施例方式
1.硬件環境32位定點DSP， CPU為1GHz的TMS320C6416定點數字信號處理器。
2.步驟
1)軟件配置
名稱point—target. pjt 位置此文件位于目標識別系統中弱小目標檢測位置。
功能能夠克服傳統小目標檢測算法的缺點，實時進行弱小目標的檢測與跟蹤。接 口 輸入為實時圖像，輸出為實時圖像中暗弱點目標的位置坐標。
2)跟蹤檢測步驟 a)調入實時圖像，存儲圖像灰度值，本方法適用于8位、12位、16位灰度圖像。
b)采用設計的點濾波器對圖像進行濾波。
c)利用亮度和距離信息對點目標進行排序。
d)記錄候選點目標信息，進行二次捕獲。
e)確定點目標位置，進行小窗口內跟蹤。 為了驗證該算法的有效性和實時性，本發明進行了大量實驗，包括靜止圖片試驗 和外場實時測星試驗，如測量衛星和恒星。
試驗結果 在實時性方面，本發明使用的方法對于1024*1024的大面陣圖像全部的處理過程 捕獲階段不超過80ms，即對于幀頻為25Hz的傳感器，兩幀之內可以給出弱小目標位置信 息，如果圖像傳感器噪聲較小，去掉二次捕獲過程，整個捕獲時間小于40ms，當幀就可以給 出暗弱目標位置信息；而跟蹤過程全部運算時間不超過8ms，本發明使用的方法以乘加運 算為主，大大利用了 DSP處理性能的優勢，比傳統的多幀累積算法和灰度閾值分割方法具 有更好的實時性。 從上述實驗結果可以看出，當圖像背景亮度發生變化，變亮、變暗或不均勻，都不 會影響點目標的提取性能，可以穩定檢測出目標。目前算法可以滿足實時處理要求。
權利要求
單幀暗弱點目標快速自動捕獲與跟蹤檢測方法，其特征在于方法步驟如下1)調入實時圖像，存儲圖像灰度值；2)設計一個點濾波器f對圖像進行濾波；3)將濾波后的圖像 選取閾值去掉背景信息，并根據灰度和距離信息進行點目標的亮度排序；4)多星點提取后進行二次捕獲，把兩場相近位置出現的候選點目標視為真正的點目標，轉為跟蹤狀態；5)在小窗口內同樣使用點濾波器進行濾波跟蹤。FSA00000081557900011.tif
2. 根據權利要求1所述的單幀暗弱點目標快速自動捕獲與跟蹤檢測方法，其特征在于 點濾波器按以下結構形式設計<formula>formula see original document page 2</formula>其中a。 > ai > a2 ; I (a。+4ai+4a2)-(4a3+8a4+8a5+4a6) | < h ;h為控制參數，防止計算后 的圖像灰度越界，需要根據具體圖像進行調整，原始圖像I(x，y)經過f濾波以后，可以得到增強后的圖像/(x,力，
全文摘要
單幀暗弱點目標快速自動捕獲與跟蹤檢測方法，屬于圖像處理中目標快速捕獲與跟蹤技術領域。本發明采用點濾波器來對圖像中的暗弱點目標進行檢測。具體跟蹤檢測步驟調入實時圖像，存儲圖像灰度值；設計一種點濾波器對圖像進行濾波；利用亮度和距離信息對點目標進行排序；記錄候選點目標信息，進行二次捕獲；確定點目標位置，進行小窗口內跟蹤。本發明的優點設計一種點濾波器對圖像進行濾波，避免了按灰度提取或多幀提取存在的問題，實現了在復雜天空背景下，加強目標、削弱背景、從而達到目標與背景分離的效果。可以穩定檢測出目標，滿足實時處理要求。解決了暗、弱、小目標的捕獲、跟蹤與測量問題。該方法簡便易行，實時性強，穩定性好。
文檔編號H04N5/202GK101795351SQ201010143670
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月12日 優先權日2010年4月12日
發明者張葉, 曲宏松, 王延杰 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所