[发明专利]一种海面红外小目标检测方法

权利要求书

1.一种海面红外小目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将原始图像矩阵分解为相互重叠的块；将每个块展成列向量，并按列向量对应的块在原始图像矩阵的顺序将所有列向量从左到右依次排列获得图像矩阵D；

每个所述块的分辨率为N×N，相邻块在水平方向和在竖直方向的重叠部分的像素均为M；5≤N≤80，1≤M≤40；

(2)将所述图像矩阵D分解为小目标图像矩阵E、背景图像矩阵A以及噪声矩阵N；

(3)根据所述小目标图像矩阵E、背景图像矩阵A以及噪声矩阵N建立含有约束条件的凸优化约束能量泛函模型；

具体如下：

(3a)利用小目标图像矩阵E构造权重矩阵W＝1/(|E|+ε_E)；其中，ε_E是防止除零的常数，取值范围为10^-10≤ε_E≤10^-6；

(3b)计算正则化参数其中，m和n分别为图像矩阵D的行数和列数；

(3c)根据所述权重矩阵W和正则化参数τ构建凸优化约束能量泛函模型

其中，||·||_*表示矩阵的核范数操作，||·||₁表示矩阵的1范数操作，表示两个矩阵对应元素相乘操作，s.t.是subject to的缩写，是受约束的意思；

(4)采用自适应更新惩罚参数的交替方向乘子法，对所述凸优化约束能量泛函模型进行迭代计算求解，获得第(k+1)次迭代得到的背景图像矩阵A_k+1和小目标图像矩阵E_k+1；

(5)判断第(k+1)次迭代的残差(D-A_k+1-E_k+1)与图像矩阵D的商||D-A_k+1-E_k+1||_F/||D||_F是否小于等于迭代误差ε₁，或者判断是否达到最大迭代次数；若是，则将E_k+1作为检测获得的海面红外小目标图像矩阵；

若否，则令迭代次数k＝k+1，并返回至步骤(4)；所述迭代误差ε₁＝10^-6。

2.如权利要求1所述的海面红外小目标检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，通过拉格朗日乘子Y将所述凸优化约束能量泛函拓展为如下含A、E、Y和β的无约束增广拉格朗日泛函：其中，β是惩罚参数，表示矩阵的Frobenius范数的平方处理。

3.如权利要求2所述的海面红外小目标检测方法，其特征在于，根据给定的第k次迭代的小目标图像矩阵E_k、拉格朗日乘子Y_k和惩罚参数β_k，获得第k次迭代的背景图像矩阵

其中，是能量泛函取最小值时背景图像矩阵A的值。

4.如权利要求2或3所述的海面红外小目标检测方法，其特征在于，根据给定的第k次迭代的背景图像矩阵A_k、拉格朗日乘子Y_k、惩罚参数β_k和权重矩阵W_k，获得第k次迭代得到的小目标图像矩阵

其中，是能量泛函取最小值时小目标图像矩阵E的值。

5.如权利要求4所述的海面红外小目标检测方法，其特征在于，根据下述公式对所述第k次迭代更新后的惩罚参数β_k进行更新：

其中k表示迭代次数，ρ为乘积因子，β_k是第k次迭代更新后的惩罚参数；1≤k≤1000，ρ≥1，0<ε≤1；||·||_F表示矩阵的Frobenius范数处理。

6.如权利要求5所述的海面红外小目标检测方法，其特征在于，所述ρ＝1.5，β₁＝1.25。