[发明专利]基于多特征融合的红外弱小运动目标航迹起始方法

说明书

技术领域

本发明属于深空飞行器测控领域，具体涉及探测红外弱小运动目标起始航迹的方法，是红外成像搜索与跟踪系统、目标监视系统、卫星遥感系统、安全检查系统等的一项核心技术，在各类军、民用系统中均可有广泛的应用。

背景技术

在各种成像探测跟踪系统中，要求能够尽快地截获并锁定跟踪目标。当探测器与目标之间的距离较远时，目标在成像上表现为只占若干个像素的小目标，并且易于淹没在各种杂波背景和强噪声中，这给目标检测与跟踪带来了很大难度。受多种因素的影响，即使是经过杂波抑制、能量积累后，目标信号能量虽然有所提高，但信噪比仍较低，仍然存在大量虚警，因此如何实时有效地从虚警中将目标辨识出来十分重要。利用目标在时域上的连续性是检测该类目标方法的出发点，而利用目标运动连续性建立运动目标初始航迹则是小弱目标检测与跟踪的首要问题。现有的目标起始航迹探测方法可分为顺序处理法和批数据处理法两大类。顺序处理法适用于在相对弱杂波背景中起始目标的航迹，而批数据处理法用于起始强杂波背景下目标的航迹具有较好的效果。目前用于起始小弱运动目标航迹的批数据处理法主要有Hough变换、动态规划和假设检验等。Hough变换最早应用于图像处理中，主要适用于检测图像中的直线，目前被应用到搜索雷达中检测直线运动或近似直线运动的小弱目标(又称低可观测目标)。然而，该方法较难探测起始机动目标的航迹，尤其难以起始探测平台不稳定导致影射到序列图像中的目标轨迹不是规则曲线的机动目标轨迹。动态规划利用概率密度函数构造以目标运动状态为主要参数的决策目标函数，并优化该函数来建立目标起始轨迹。假设检验与动态规划的出发点相似，它假定目标处于某种运动状态，并在一定时间积累后判决目标是否处于该运动状态。动态规划和假设检验方法简单，成为建立低信噪比小弱运动目标航迹起始的最为常用的方法。

这些起始运动目标航迹的探测方法主要利用的目标特征是其运动连续性，即它在时域上的连续性，却较少利用目标所表现出的其它属性，如其在空域上聚集程度，即空域相关性，造成探测平台不稳定导致影射到序列图像中的目标轨迹不是规则的直线，传统航迹起始方法效果不佳。本发明利用红外弱小目标在序列图像的时域与空域中所表现出的特性，运用多特征融合的思想建立准确的、有效的弱小运动目标起始航迹。

发明内容

探测平台不稳定导致影射到序列图像中的目标轨迹不是规则的直线，传统航迹起始方法效果不佳。针对此问题，本发明以目标与噪声之间的空时显著性差异特征为出发点，提出基于空域邻域聚类和时域轨迹连续性相结合的红外弱小运动目标起始航迹探测方法。本发明采用以下技术方案解决上述技术问题。

图像去均值化处理，采用灰度形态滤波器处理红外图像背景，获取含有目标和噪声的去均值图像；抑制低幅度噪声，空域邻域聚类分析，抑制杂散噪声，去除虚警区域，采用恒虚警率单帧检测提取疑似目标信号，确定疑似目标信号区域，对疑似目标信号区域统计目标像素点数，如果该疑似目标区域内目标像素点数大于给定阈值，则判断目标出现在该区域；分别根据目标的位置、幅度、面积特征λ_i(k)的波动状况确定该区域多特征融合的加权系数；最近邻关联法寻找属性最相似的疑似目标，即根据加权系数与运动目标前后时刻的位置、幅度和面积特征的差异度量目标相似性，确定最相似疑似目标；估计最相似疑似目标的运动速度，并对相邻两帧的去均值图像进行移动累加(可采用匀速直线运动模型)，积累能量；利用M/N逻辑法确认目标航迹，在连续的多帧图像中，如果疑似目标出现次数达到次数阈值，则该疑似目标的航迹为所述运动目标的航迹。