[发明专利]一种机载红外小目标检测识别实时处理系统和方法

权利要求书

1.一种机载红外小目标检测识别实时处理系统，其特征在于，包括主处理器DSP、协处理器FPGA、Rapid IO交换机、PCIE交换机、图像旋转芯片ASIC、多级滤波芯片ASIC、连通区域标记芯片ASIC、非均匀校正芯片SoC；

主处理器DSP的一端通过PCIE交换机连接机载成像器和上位机，另一端通过Rapid IO交换机连接协处理器FPGA，协处理器FPGA分别连接图像旋转芯片ASIC、多级滤波芯片ASIC、连通区域标记芯片ASIC、非均匀校正芯片SoC；

主处理器DSP用于通过PCIE交换机从机载成像器和上位机接收机载红外图像数据和机载飞行参数信息，对机载飞行参数信息解析得到飞行器姿态信息，将机载红外图像数据和飞行器姿态信息传送给协处理器FPGA；

协处理器FPGA用于调用非均匀校正芯片SoC进行非均匀性校正，再根据飞行器姿态信息调用旋转ASIC芯片对校正后的红外图像进行旋转，旋转后的红外图像回传给主处理器DSP；

主处理器DSP用于对校正和旋转后的红外图像进行全图气动热辐射效应校正得到待处理图像，将待处理图像传送给协处理器FPGA；

协处理器FPGA用于调用多级滤波芯片ASIC对待处理图像进行多级滤波，再对滤波图像进行分割，最后调用连通区域标记芯片ASIC完成连通域标记，将连通域标记后的图像回传给主处理器DSP；

主处理器DSP用于在连通域标记后的图像中检测识别目标；

所述主处理器DSP还用于判断上一帧是否检测到目标，若没有，则主处理器DSP通过内嵌的驱动控制通信程序，调用协处理器FPGA中多级滤波芯片和连通区域标记芯片ASIC和分割模块，控制多级滤波芯片ASIC进行滤波，并将滤波结果进行分割后进行连通区域标记；否则，根据上一帧检测结果，确定目标中心位置作为感兴趣区，调用FPGA中多级滤波芯片ASIC和连通区域标记芯片ASIC和OTSU分割模块，控制多级滤波芯片ASIC进行滤波，并将滤波结果进行OTSU分割后进行连通区域标记。

2.根据权利要求1所述的机载红外小目标检测识别实时处理系统，其特征在于，所述主处理器DSP按照如下方式进行全图气动热辐射效应校正：

(21)图像滤波：设校正和旋转后的红外图像为s，滤波图像表示为以滤波图像u为变量的能量函数最小化问题的解：

其中λ为光滑参数，D_x和D_y为图像s的x和y方向上的一阶梯度算子，A_x和A_y分别表示图像x和y方向上光滑参数对角矩阵；

(22)将滤波图像输入到梯度拟合的校正模型中求解热辐射场b：

其中，E(b)为梯度拟合差，热辐射场b表示为

(x_i,y_i)为像素i的坐标，a为多项式系数的向量形式，K为多项式最高阶；可通过最小二乘法求得热辐射估计场；

(23)求取校正和旋转后的红外图像为s与热辐射场b的差值。

3.根据权利要求2所述的机载红外小目标检测识别实时处理系统，其特征在于，所述求解热辐射场b采用多次低阶梯度拟合的方式求解，所述低阶梯度拟合的具体实施方式为：

对滤波图像使用梯度拟合低阶热辐射场得到初校正图像，梯度拟合阶数范围为2≤K≤3；

计算低阶热辐射场中心坐标(x,y)，分别统计滤波图像和初校正图像在热辐射场中心的图像反差值Constrast，图像反差值Constrast定义为图像块每个灰度值与周围邻近个像素灰度差的平方和，公式如下：

Constrast＝∑δ(x_i,y_i)²P_δ(x_i,y_i)

其中，δ(x_i,y_i)为图像坐标(x_i,y_i)相邻像素间灰度差，P_δ(x_i,y_i)为相邻像素间的灰度差为δ的像素分布概率；

若图像反差值Constrast大于阈值T_thresh，则说明初校正后的图像仍有较高的气动热辐射噪声，则再次执行低阶梯度拟合，否则，将初校正结果作为最终结果。