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红外图像中弱小目标检测前跟踪算法研究综述概要红外图像在现代战争中发挥着越来越重要的作用，因为其具有隐蔽性和不受光照干扰的特点。
红外图像中的弱小目标检测和跟踪算法是目前研究的热点之一。
本文主要综述红外图像中弱小目标检测前跟踪算法的研究现状，包括传统算法、深度学习算法和集成算法。
传统算法传统的弱小目标跟踪算法主要包括卡尔曼滤波、粒子滤波、均值漂移等。
这些算法主要是针对静态场景下的目标跟踪，对于动态场景下的目标跟踪效果较差。
在红外图像中，目标的纹理和亮度变化较为复杂，所以传统算法在红外图像中跟踪效果不佳。
深度学习算法深度学习算法是近年来应用最广泛的目标跟踪算法之一。
深度学习算法能够自动学习特征，适用于复杂多变的目标跟踪环境。
在红外图像中，深度学习算法也取得了很好的效果。
常用的深度学习算法包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）和长短记忆网络（LSTM）等。
由于这些算法的训练需要大量的标注数据，因此数据量不足时需要结合传统算法来进行跟踪。
集成算法集成算法是将多个跟踪算法集成到一起，以得到更好的跟踪效果。
目前常用的跟踪集成算法是基于多特征融合和多分类器融合的方法。
多特征融合包括将颜色、纹理、轮廓等多个特征融合在一起，使得跟踪算法更具鲁棒性。
多分类器融合则是同时使用多种分类器，如SVM、Adaboost等，对目标进行分类和跟踪。
总的来说，弱小目标检测前的跟踪问题是一个非常重要的研究方向。
虽然深度学习算法在红外图像中的跟踪效果良好，但是由于训练需要大量标注数据，因此在数据量不足的情况下需要结合传统算法进行跟踪。
集成算法也是近年来研究的热点之一，对跟踪效果的提高起到了重要作用。
《红外弱小目标识别与追踪算法研究》篇一一、引言随着红外技术的不断发展，红外成像系统在军事、安全、监控等领域得到了广泛应用。
然而，由于红外图像中目标通常呈现弱小特征，如信噪比低、对比度差等，使得红外弱小目标的识别与追踪成为一项具有挑战性的任务。
本文旨在研究红外弱小目标的识别与追踪算法，以提高红外图像中目标的检测和跟踪精度。
二、红外弱小目标的特点红外弱小目标在图像中通常表现为低亮度、小尺寸、信噪比低等特点。
这些特点使得传统目标检测与追踪算法在处理红外图像时面临诸多困难。
此外，由于目标运动的不确定性、背景的复杂性以及各种干扰因素的影响，使得红外弱小目标的识别与追踪更加复杂。
三、红外弱小目标识别算法研究针对红外弱小目标的识别问题，本文提出了一种基于多尺度特征融合的识别算法。
该算法通过融合不同尺度的特征信息，提高目标的表征能力，从而增强对弱小目标的识别效果。
具体而言，该算法首先利用多尺度卷积神经网络提取目标的多尺度特征；然后，通过特征融合技术将不同尺度的特征信息进行融合，形成更加丰富的目标表征；最后，利用分类器对融合后的特征进行分类，实现目标的识别。
四、红外弱小目标追踪算法研究在红外弱小目标的追踪方面，本文提出了一种基于区域协同的追踪算法。
该算法通过将目标区域与周围背景区域进行协同分析，提高对目标的跟踪精度。
具体而言，该算法首先利用红外图像中的局部信息，对目标区域进行初步定位；然后，通过分析目标区域与周围背景区域的关系，实现目标的精确跟踪；最后，利用卡尔曼滤波器对目标轨迹进行平滑处理，提高跟踪的稳定性。
五、实验与分析为了验证本文提出的红外弱小目标识别与追踪算法的有效性，我们进行了大量实验。
实验结果表明，基于多尺度特征融合的识别算法能够有效提高对红外弱小目标的识别率；而基于区域协同的追踪算法则能够在复杂背景下实现对目标的精确跟踪。
此外，我们还对两种算法的性能进行了比较和分析，结果表明本文提出的算法在识别与追踪精度、鲁棒性等方面均具有较好的性能。
红外图像中弱小目标检测技术研究红外图像中弱小目标检测技术研究摘要：随着红外图像技术日益发展和应用的广泛，红外图像中弱小目标的检测问题日益引起研究者的关注。
传统的目标检测方法在红外图像中表现出较差的性能，特别是在检测弱小目标时更为困难。
因此，本文对红外图像中弱小目标检测技术进行了深入研究，提出了一种基于深度学习的弱小目标检测方法，并进行了实验验证，证明了该方法的有效性和优越性。
第一章引言1.1 研究背景红外图像具有遥感、夜间监测等领域的广泛应用，然而在红外图像中，弱小目标的检测一直是一个具有挑战性的问题。
传统的目标检测方法在红外图像中无法准确地识别出目标，在弱小目标的检测问题上表现尤为明显。
1.2 研究目的本文旨在探索一种能够有效检测红外图像中弱小目标的技术方法，提高目标检测的准确性和鲁棒性。
第二章相关概念和理论2.1 红外图像红外图像是一种由红外辐射产生的图像，它记录了被物体辐射出的红外能量，常用于军事、医学、环境监测等领域。
2.2 弱小目标弱小目标是指在红外图像中大小较小、明暗度较低、形状不规则等特征明显弱于背景的目标，例如小型无人机、远程火炮等。
第三章弱小目标检测方法研究3.1 传统的目标检测方法传统的目标检测方法主要包括基于特征提取与分类器的方法，如Haar特征和SVM（支持向量机）方法等。
然而，这些方法对于红外图像中的弱小目标检测效果较差。
3.2 基于深度学习的弱小目标检测方法近年来，深度学习技术在图像处理领域取得了巨大的突破。
本文提出了一种基于深度学习的弱小目标检测方法。
该方法采用卷积神经网络（CNN）进行特征提取，并利用目标检测器进行目标的定位和分类。
实验结果表明，该方法在红外图像中检测弱小目标的准确率和鲁棒性较传统方法有明显提高。
第四章实验与结果分析本文在红外图像数据集上进行了实验，比较了传统的目标检测方法和基于深度学习的弱小目标检测方法的性能。
实验结果表明，本文提出的方法在检测弱小目标方面具有明显的优势，能够准确地定位和识别红外图像中的弱小目标。
红外图像处理中的目标检测与跟踪技术研究摘要：随着红外技术的快速发展和广泛应用，红外图像处理成为了研究的热点之一。
在红外图像处理中，目标检测与跟踪是重要的关键技术，它们在军事、航天、安防等领域发挥着重要作用。
本文将就红外图像处理中的目标检测与跟踪技术进行探讨与研究。
1. 引言红外图像处理是通过对红外图像的采集、传输、处理和分析来提取所需信息的技术，它广泛应用于军事、航天、安防等领域。
而在红外图像处理中，目标检测与跟踪是其中的重要技术，它们不仅能够快速、准确地识别目标，还能够在目标运动过程中进行跟踪，提供更多有关目标的信息。
2. 红外图像目标检测红外图像目标检测是指在红外图像中寻找感兴趣的目标或区域的过程。
目标检测分为两个主要步骤：目标候选区域生成和目标候选区域分类。
目标候选区域生成是通过一系列的图像处理算法和特征提取方法，识别可能包含目标的区域。
常用的方法包括滑动窗口、特征金字塔等。
而目标候选区域分类则是通过分类器对目标候选区域进行分类，区分出目标和非目标。
常见的分类器包括支持向量机（SVM）、卷积神经网络（CNN）等。
此外，红外图像目标检测中还需要考虑红外图像的特殊性质，比如低信噪比、热噪声等，并对算法进行相应改进，以提升检测的准确性和鲁棒性。
3. 红外图像目标跟踪红外图像目标跟踪是指在连续帧红外图像中追踪目标的位置、形状、运动状态等信息。
目标跟踪可以分为两个主要步骤：目标特征提取和目标位置预测。
目标特征提取是通过对目标的外观、运动等特征进行描述，提取出有区分度的特征向量。
常用的特征包括颜色、纹理、边缘等。
而目标位置预测是通过对目标过去的运动状态进行分析，预测出目标在下一帧的位置。
常见的预测方法包括卡尔曼滤波、粒子滤波等。
红外图像目标跟踪面临的主要挑战包括目标尺度变化、目标遮挡、背景干扰等，因此需要综合运用多种算法和方法来提高跟踪的精度和鲁棒性。
4. 红外图像处理中的挑战与展望红外图像处理中的目标检测与跟踪技术面临着诸多挑战。
红外图像的检测与跟踪算法研究摘要：随着红外图像技术的不断发展，红外图像的检测与跟踪算法在许多领域中发挥着重要作用。
本文主要研究了红外图像的检测与跟踪算法，包括目标检测、目标跟踪和目标识别等方面。
通过对不同算法的比较和实验结果的分析，得出了一些结论，并提出了一些改进的方向。
关键词：红外图像；检测；跟踪；算法引言：红外图像是一种能够通过红外辐射信号来获取物体表面温度分布的图像。
由于其具有不受光照条件限制、能够在夜间和恶劣天气条件下工作等特点，因此广泛应用于军事、航天、安防等领域。
而红外图像的检测与跟踪算法则是对红外图像中的目标进行自动化识别和跟踪的关键技术。
1. 目标检测算法目标检测是在红外图像中寻找特定目标的过程。
常用的目标检测算法包括基于像素级特征的方法（如灰度阈值分割、形态学运算等）、基于纹理特征的方法（如纹理分析、纹理描述符等）和基于形状特征的方法（如Hough变换、轮廓分析等）。
这些算法各有优劣，应根据具体应用场景选择合适的算法。
2. 目标跟踪算法目标跟踪是在红外图像中对目标进行连续跟踪的过程。
常用的目标跟踪算法包括基于特征点的方法（如稀疏光流、稠密光流等）、基于模型的方法（如卡尔曼滤波、粒子滤波等）和基于深度学习的方法（如卷积神经网络、循环神经网络等）。
这些算法能够在目标发生尺度变化、遮挡等情况下进行有效的跟踪。
3. 目标识别算法目标识别是在红外图像中识别目标类别的过程。
常用的目标识别算法包括基于模板匹配的方法（如相关滤波器、相位相关等）、基于特征描述子的方法（如SIFT、SURF等）和基于深度学习的方法（如卷积神经网络、循环神经网络等）。
这些算法能够在红外图像中准确地识别出目标类别。
结论：通过对红外图像的检测与跟踪算法进行研究，本文得出了一些结论。
首先，不同的算法适用于不同的应用场景，应根据具体情况选择合适的算法。
其次，基于深度学习的算法在红外图像的检测与跟踪中具有较好的性能。
未来的研究可以进一步优化算法的性能，并探索更多的应用场景。
红外图像处理中的目标检测算法研究近年来，随着红外技术的不断发展，红外图像在军事、航空、遥感等领域中得到了广泛的应用。
而红外图像的主要特点是其对温度敏感，同时在空间和时间上均具有良好的分辨能力，因此它在目标检测中的应用也越来越广泛。
本文就探讨红外图像处理中的目标检测算法的研究进展。
一、红外图像处理中的目标检测算法概述目标检测算法是指通过对图像中的目标进行分析、处理，确定目标的位置、尺寸、形状、数量等信息。
在红外图像处理中，目标检测算法主要有以下几种：1. 基于滤波的目标检测算法滤波是图像处理中常用的一种处理方法。
基于滤波的目标检测算法一般采用各种卷积核对红外图像进行处理，通过滤波后图像的变化来确定目标的位置和尺寸。
这种方法简单易懂，但对目标的形状等特征提取不够精细，因此准确性有限。
2. 基于特征提取的目标检测算法特征提取是指从图像中提取出一些具有代表性的局部结构，为之后的分析和处理提供基础。
基于特征提取的目标检测算法采用各种特征提取方法对红外图像进行处理，通过提取出图像中的一些特征结构来确定目标的位置、尺寸、形状等信息。
这种方法相对于基于滤波的方法来说，可以提取出更为精细的目标特征，因此准确率更高。
3. 基于机器学习的目标检测算法基于机器学习的目标检测算法采用各种机器学习算法对大量的样本数据进行训练，从而达到对红外图像中目标的自动检测。
这种方法因为其在识别复杂目标方面的良好性能，引起了研究者们的广泛关注。
二、基于滤波的目标检测算法基于滤波的目标检测算法一般常用的方法是基于高斯滤波的算法。
之所以采用高斯滤波是因为，高斯滤波涉及到了频率域的平滑处理，通常情况下红外图像具有一定的噪声，采用高斯滤波可以有效去除噪声，从而提高目标检测的准确率。
基于高斯滤波的目标检测算法主要是通过建立一种高斯模型来检测图像中的目标。
该算法首先需要对图像进行高斯滤波，去除噪声，之后在滤波后的图像中连续分割出较明显的连通区域，基于这些连通区域建立模型，判别出其中的热点区，完成对目标的检测。
摘要红外成像技术具有隐蔽性好、抗干扰性能强等优势，已经普遍应用在了军事和民用领域中。
在实际应用中，由于目标距离红外成像系统较远，使得红外目标成像面积小、缺乏形状和纹理特征，导致目标的检测和跟踪非常困难，因而实现对红外小目标准确有效的检测与跟踪是一个重要且艰难的任务。
本文针对红外小目标的独特成像特性，提出通过Tophat算子和改进的Robinson guard滤波器进行融合对红外图像进行预处理，再使用最小错误法阈值分割提取候选红外小目标区域。
在提取候选红外小目标区域的基础上，本文提出了两种不同思路的检测红外小目标的方案，一种是基于传统的滤波思路的多滤波融合红外小目标检测算法，利用红外小目标的成像独特性结合Unger平滑滤波将真实红外小目标从候选区域中提取出来；一种是基于深度学习卷积神经网络ITNet的红外小目标检测算法，利用ITNet网络将真实红外小目标从候选目标中识别出来，当处理对象是红外视频序列时使用多目标关联滤波进一步剔除伪红外小目标，降低虚警率。
基于管道滤波的思路提出利用小目标检测结果进行多目标数据关联跟踪，建立多目标数据关联矩阵进行多目标状态分析完成多目标跟踪任务。
当小目标消失或者成像变弱未检测到时采用粒子滤波算法预测小目标的相关参数，在预测目标点邻域附近对局部图像区域利用单尺度Retinex算法增强后进行分割判断目标是否存在。
将本文的检测与跟踪算法结合起来在多场景下与多种算法进行性能对比，实验结果表明本文提出的算法能在不同背景图像下达到很高的检测精度，即使当目标淹没于背景时也能将其跟踪并检测到。
关键词：红外小目标；多滤波融合；卷积神经网络；多目标数据关联；检测；跟踪AbstractInfrared imaging technology has many advantages such as well-concealment and strong anti-interference ability,it gets a widely use in the military and civilian applications fields.In practical applications,because of the long imaging distance,the infrared targets are small and lack of shape and texture features,thus making target detection and tracking very difficult.Therefore,achieving accurate detection and tracking of infrared small targets is an important and difficult task.In this thesis,it is proposed by using Tophat operator and improved Robinson guard filter to suppress background of infrared images,and using adaptive threshold segmentation to extract the candidate infrared small target regions.On the basis of extracting the candidate infrared small target regions,this thesis proposes two different approaches to detect infrared small targets,one is multi-filters fusion infrared small target detection algorithm based on traditional filtering ideas,the true infrared small targets are extracted from the candidate region by combining the Unger smoothing filter with the imaging uniqueness of the infrared small targets.The other is ITNet(Infrared Target Network)infrared small target detection algorithm based on the deep learning convolution neural network(CNN),and using ITNet networks to identify true infrared targets from candidate targets.When infrared video sequences are processing,using multi-object association filter to further remove the pseudo-infrared small target,lower the false alarm rate.Based on the idea of pipeline filtering,this thesis proposes a multi-objective data association tracking algorithm with small target detection results, and establishes multi-objective data association matrix for multi-objective state analysis to complete multi-object tracking task.When the small targets disappear or target dimming,the motion parameters of the small targets are predicted based on the particle filter algorithm.The local area of the dim targets is enhanced by the Retinex algorithm to determine whether the dim targets exist.The experimental results show that the algorithm proposed in this thesis achieved high detection accuracy under different background images,even when the target is submerged in the background,it can be used to analyze the performance of the algorithm.Key words：Infrared small targets;Multi-filters fusion;CNN;Multi-objects association filter;Detection;Tracking目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论1.1研究背景及意义 (3)1.2国内外研究现状 (4)1.3论文的结构安排 (7)2红外小目标检测任务2.1目标检测任务 (10)2.2红外小目标检测任务 (12)2.3本章小结 (15)3红外小目标候选区域提取3.1红外图像背景抑制滤波 (16)3.2获取红外小目标检测候选区域 (21)3.3本章小结 (25)4基于多滤波算法融合的红外小目标检测4.1小目标提取 (27)4.2基于多滤波算法融合的红外小目标算法 (32)4.3实验结果与分析 (33)4.4本章小结 (35)5基于卷积神经网络的红外小目标检测5.1卷积神经网络 (36)5.2基于卷积神经网络的红外小目标检测 (38)5.3实验结果与分析 (41)5.4本章小结 (44)6基于粒子滤波预测的红外小目标跟踪6.1粒子滤波状态预测 (46)6.2单尺度视网膜皮层图像增强 (49)6.3多目标数据关联跟踪算法 (50)6.4实验结果与分析 (54)6.5本章小结 (57)7总结与展望7.1全文总结 (58)7.2未来展望 (59)致谢 (61)参考文献 (62)附录：攻读硕士期间发表的论文 (67)1绪论1.1研究背景及意义运动目标检测与跟踪方法的研究和应用是计算机视觉领域的一个重要研究方向，当前已经拥有诸多应用，早期运动目标检测与跟踪技术会被应用到人体识别、导航避障以及监控系统等这些传统领域[1]，现今随着人工智能、大数据的高速发展运动目标检测与跟踪技术也应用到了前沿的自动驾驶、机器人、无人机等新兴领域。
复杂背景下红外弱小目标检测算法研究复杂背景下红外弱小目标检测算法研究摘要：红外弱小目标检测在军事、安防、航空航天等领域具有重要应用价值。
然而，由于背景复杂多变、噪声干扰等因素的影响，红外弱小目标的检测成为一个具有挑战性的问题。
本文综述了当前红外弱小目标检测算法的研究进展，并提出了一种基于深度学习的红外弱小目标检测算法。
一、引言红外技术是一种通过检测物体辐射的热能来实现目标探测的非接触性技术。
然而，由于红外图像中目标的能量较小，且通常处于复杂背景中，如林地、建筑物、云层等，红外弱小目标的检测一直是一个具有挑战性的任务。
二、红外弱小目标检测算法的研究进展目前，红外弱小目标检测算法主要包括传统算法和深度学习算法两类。
1. 传统算法传统算法主要通过对红外图像的预处理、特征提取和目标检测三个步骤进行处理。
常用的预处理方法有背景平均法、自适应滤波法等，用于降低图像噪声和背景干扰。
特征提取方法通常包括峰值信噪比、能量、梯度等指标，用于表征目标的形状、纹理等特征。
目标检测方法包括阈值分割、形态学处理、模板匹配等，用于判断目标是否存在于图像中。
2. 深度学习算法近年来，深度学习算法在目标检测领域取得了突破性进展。
深度学习算法通过训练大规模数据集和深层网络模型，能够学习到更加丰富的特征表示。
在红外弱小目标检测中，常用的深度学习算法包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）等。
这些算法通过对数据集的训练，能够学习到红外弱小目标的特征，从而提高检测的准确性和稳定性。
三、基于深度学习的红外弱小目标检测算法为了提高红外弱小目标检测的性能，在本文中提出了一种基于深度学习的算法。
该算法主要包括以下几个步骤：1. 数据预处理通过对红外图像进行预处理，如去噪、增强等，以提高图像的质量和目标的可见度。
2. 特征提取引入卷积神经网络（CNN）进行特征提取。
CNN通过多个卷积层和池化层，逐渐提取图像的特征表示，并通过全连接层进行分类和检测。
第37卷 第2期 激光与红外V o.l 37,N o .22007年2月 LA SER &I NFRAR EDFebruary ,2007文章编号:1001 5078(2007)02 0104 04红外图像中弱小目标检测前跟踪算法研究综述张长城,杨德贵,王宏强(国防科技大学电子科学与工程学院,空间电子信息技术研究所,湖南长沙410073)摘 要:文中分析了低信噪比复杂背景中红外弱小目标检测与跟踪的难点,比较了DB T 与TBD 两种检测与跟踪算法的性能,分析了TBD 的检测机理,总结了典型的TBD 方法,展望了TBD 的发展。
关键词:红外;弱小目标;低信噪比;复杂背景;检测前跟踪中图分类号:TP751 文献标识码:AA lgorit h m Surveys for Di m Targets Track before detect i n Infrared I m ageZ HANG Chang cheng ,YANG D e gu,i WANG H ong qiang(Instit u te of Space E lectron i c T echnology ,Coll ege o f E lectr i c Science and Eng ineer i ng,NUDT,Changsha 410073,Chi na)Ab stract :T he d ifficu lties o f di m targe t de tecti on are ana l y zed i n the paper .T he perfor m ances of DBT and TBD are co m pa red ,and the theo ry o fT BD a re ana l y zed .T he m a i n m ethods of TBD are su mm arized .In the end ,prom i sing di recti on of t he fi e l d of T BD i s predicted .K ey w ords :i nfrared ;d i m ta rget ;l ow SNR;comp licated background ;TBD1 引 言现代战争要求红外探测系统能远距离发现、跟踪威胁目标,为指挥系统决策和武器系统赢得时间。
红外探测系统采用被动方式工作,具有较强的抗干扰能力,隐蔽性好,但作用距离短。
由于光学系统的空间分辨率已做到或接近理论极限水平[1],比较实际的方法就是通过提高目标检测算法性能,尤其是弱小目标的检测性能,弥补红外探测系统作用距离短的不足。
弱 和 小 指的是目标属性的两个方面,所谓 弱 是指目标红外辐射的强度,反映到图像上是指目标的灰度;所谓 小 是指目标的尺寸,反映到图像上是指目标所占的像素数[2]。
红外弱小目标检测识别难点是:对比度较低、边缘模糊、信号强度弱,缺乏纹理、形状、大小等结构信息,目标极易被噪声所淹没,单帧检测虚警率高,多帧处理增加了数据的存储量和计算量,固定的模板和算子很难有效检测弱小目标。
因而,红外弱小目标检测与跟踪问题成为当前研究的一个热点问题。
本文在综合国内外近年来对红外弱小目标检测与跟踪研究成果基础上,根据检测与跟踪关系,对TBD (track before detect )和DBT (detect be f o re track)两类算法性能进行了比较,分析了检测前跟踪算法机理,重点研究了TBD 技术,并指出TBD 技术的发展方向。
2 检测算法机理经典的小目标检测与跟踪方法是DBT ,即先根据检测概率和虚警概率计算单帧图像的检测门限,然后对每帧图像进行分割,并将目标的单帧检测结果与目标运动轨迹进行关联,最后进行目标跟踪。
算法流程如图1所示。
图1 先检测后跟踪算法流程基金项目:国防预研基金(51401010405KG0170);国防装备预先研究项目(413010701-2)。
作者简介:张长城(1976-),男,国防科技大学硕士研究生,主要研究方向为红外图像采集处理及目标识别等。
收稿日期:2006 05 31;修订日期:2006 07 05DBT方法流程直观,算法简单,在信噪比较高(>10dB)时检测效果较好,而在低信噪比复杂背景中将会失效[3],这是由于在低信噪比条件下获取的小目标与背景的灰度相差不大,在目标分割时,如果检测门限过低,会把一部分背景当成目标,检测门限过高,则有可能造成目标丢失[4]。
目前人们较多采用TBD方法来检测图像中低信噪比弱小目标,这种方法对单帧图像中有无目标先不进行判断,而是先对图像中较多的可能轨迹同时进行跟踪,然后根据检测概率、虚警概率和信噪比计算出多帧图像的检测门限进行决策。
在低信噪比情况下,TBD的检测性能优于DBT,二者性能比较如表1所示。
表1 DBT与TBD检测性能比较跟踪前检测方法(DBT)检测前跟踪方法(TBD)优点1)先进行单帧检测2)算法简单3)实现容易1)虚警概率低,检测概率高2)抗干扰能力强3)适用于低信噪比的弱小目标缺点1)抗干扰能力差2)虚警概率高,检测概率低3)适用于信噪比较高的小目标1)需要多帧检测,算法复杂2)计算量大,存储量大3)硬件实现较难TBD方法概括起来包含三个步骤(如图2所示):一是背景抑制,通过滤波将红外图像低频和高频部分进行分离,提高信噪比,尽可能抑制原始图像中的低频背景杂波干扰;二是可疑目标跟踪,利用相邻几帧中目标的运动信息来分割可能目标,从背景抑制后的图像中分割出少量候选目标进行跟踪[5];三是目标检测,利用序列图像中目标运动的连续性和轨迹的一致性,进一步排除虚假目标,从候选目标中检测出真正的目标。
图2 红外弱小目标TBD算法设计流程3 TBD典型检测方法3.1 基于三维匹配滤波器方法[6]这种算法是在加性背景杂波及噪声的图像序列中检测已知速度大小和方向目标的最优三维线性匹配滤波器。
其原理是:针对目标所有可能的运动情况设计多个滤波器,从中选出输出信噪比最大的滤波器,确定目标位置和运动轨迹。
这种方法可以实现多条航迹的同时检测。
三维滤波器的典型例子是速度滤波器,当目标航迹的速度与方向已知时,匹配滤波器能很好地从噪声中检测出目标,当目标的速度及航向未知时,检测性能会下降。
解决方法是采用一组滤波器[7],每个滤波器与空间可能的航迹相对应,通过搜索可检测出直线航迹。
文献[8]提出了递推速度匹配器算法,能快速得到目标轨迹的能量,缩短目标检测时间,减小运算量。
其优点是检测性能高,缺点是需要大量的匹配滤波器对目标进行检测,而且只适用于作匀速直线运动的固定大小目标。
3.2 基于多级假设检验方法[9]多级假设检验(M u ltistage H ypothesis Testi n g, M S H T)是假设目标作局部匀速直线运动,根据限定的速度及方向,将多个可能的目标轨迹按照 树的结构组织起来,在树形结构的每一层用假设检验方法对结构进行修正,随时去掉没有通过检验的树,以减少计算量和存储量。
检测的方法是:沿着轨迹上的像素灰度累加值与两个门限进行比较,超过上门限的轨迹认为是目标轨迹,低于下门限的轨迹作为噪声轨迹,介于上下门限之间的轨迹继续延伸,在下一帧上进行同样的判断。
M S HT是一种高效算法[10],计算量小,存储量少,具有同时检测出多个作不同方向直线运动的目标的能力。
但在低信噪比下,候选目标轨迹的起始点非常多,导致后面的 树叉急剧增多,计算量迅速增大,同时在检测过程中会出现检测帧数大于固定长度假设检验算法帧数。
B l o stein[11]利用截断序贯算法在检测到第K帧时,就做出目标存在与否的硬判断,较好地克服了出现检测帧数大于假设检验算法帧数的问题。
3.3 基于高阶相关方法高阶相关算法是利用目标轨迹点的时空相关性,计算不同帧之间的高阶相关性,在有噪声的三维图像中检测出直线或曲线轨迹[12]。
检测方法是先将灰度图像通过门限处理变成二值图像,然后逐帧计算相邻两帧之间的相关结果。
但在进行高阶相关运算时,若阶数太高,计算量和存储量都增大;若阶数太低,会造成虚警率的上升。
文献[13]提出了多阶段目标轨迹融合算法,利用高阶相关滤波器剔除噪声和杂波边缘,有效降低虚警,快速锁定目标。
此外,算法的实现依赖于神经网络,伴随跟踪轨迹的加长,神经网络层数增多,导致计算量急剧增长,难以满足实时性的要求。
文献[14]提出了有向高阶相关算法,根据目标运动特性,适当增加约束条件,减少了运算量。
高阶相关检测方法的优点是不需要关于目标数目、动态信息和起始条件的先验知识,能用于不同杂波密度下的多目标检测;缺点是它处理的是二值图像,没有充分考虑到目标的灰度信息。
在转化时,如果阈值过高,则漏警率高;阈值过低,则运算量大。
105激光与红外 N o.2 2007 张长城 杨德贵 王宏强 红外图像中弱小目标检测前跟踪算法研究综述3.4 基于动态规划方法动态规划检测方法是由Barniv首先提出来的[15],利用动态规划分段优化的思想,将目标轨迹搜索问题分解为分级优化的问题。
该方法依据最大概率准则设定一个评价函数,对评价函数作了一定阶段的递推后,找到所有可能的片断,然后逆向反推,得到可能目标运动轨迹,然后对这些轨迹进行直线拟合,剔除非直线轨迹,并把同一目标产生的轨迹合并,得到检测结果。
文献[16]提出的改进动态规划方法不仅简化了搜索累加过程,而且略去了回溯过程,改为并行处理,在保证虚警和检测概率的同时减少了动态规划的计算量和存储量,提高了运算速度。
基于动态规划检测方法是基于像素级的操作运算,便于硬件实现,能在低信噪比下检测出做直线运动的点目标轨迹且计算量小,但目标速度未知时,计算过程中所需速度窗参数无法确定,而将速度的参数放宽时,计算量将迅速增大,并导致算法检测性能降低,同时对目标轨迹进行反向跟踪时需要较大的存储量。
因此,Tonissen[17]1996年发表文章指出,动态规划算法在信噪比很低时,无论如何增加帧数都无法提高目标检测的性能。
3.5 基于投影变换方法投影变换方法是通过某种形式的投影变换或逻辑运算,先将三维空间轨迹检测转化为二维平面轨迹检测问题,然后对二维平面内的轨迹进行搜索,实现能量积累和门限处理。
检测方法是每一帧图像经过门限处理,检测出投影在同一个平面上的点,再对投影平面进行门限处理,采取计算量较小的后处理方法检测出目标运动的轨迹,最后采用投影法确定目标轨迹在三维空间的大致范围,将检测出的目标轨迹还原到三维空间进行匹配滤波。
文献[18]采用了H ough变换的后处理方法来减少计算量。
文献[19]、[20]分别提出了一种基于最优分布变换和数学形态的弱点状目标检测技术,将时空三维搜索简化为沿时间轴投影与二维空域搜索,提高了算法处理速度。
