[发明专利]基于局部对比度累积的水中航行器热尾迹分割方法

说明书

本发明涉及基于局部对比度累积的水中航行器热尾迹分割方法。本发明的目的是对水中航行器产生的热尾迹对应的红外图像中的热尾迹区域实现完整有效的分割。首先采用同态滤波和均值滤波对图像进行预处理，然后对预处理得到的图像进行基于局部对比度累积的显著性检测，得到初步分割结果，最后采用形态学处理及最大连通域提取等操作对结果进行了优化，取得了更好的分割效果。说明书附图中图1为发明的具体实现流程图。

技术领域：

本发明属于图像处理领域，具体地说是通过分析水中航行器在水面产生的热尾迹红外图像特点，实现了对信噪比及对比度较低的红外图像中热尾迹区域的有效分割。

背景技术：

热红外探测水下航行器是利用高精度红外探测仪探测来获取水面红外图像，获取含有热尾迹的区域进而实现对该区域的分析与识别。研究水中航行器热尾迹分割算法实现对热尾迹区域完整有效的分割对红外探测水下航行器具有重要意义。水下航行器在温度均匀的海水中由于动力系统放热、螺旋桨打水和运动产生摩擦等原因产生温度高于周围海水的温差信号，由于浮力作用温差信号会传递至海面。通过对温度均匀、正温度梯度和负温度梯度等三种典型环境条件进行的实验验证及仿真分析结果表明，潜航器在温度均匀及正温度梯度条件下会形成正温差信号(尾迹区域海水温度高于周围区域)；而在负温度梯度条件下则会形成负温差信号(尾迹区域海水温度低于周围区域)，我们将这种温差信号统称为热尾迹。

探测人员利用机载或者星载高精度的红外探测仪能够探测到海面的弱小温差信号，也就是说可以利用红外探测仪探测热尾流来间接判断水下航行器的存在性，这也是热红外探测水下航行器原理，它对我国海防具有重要的价值。红外探测水下航行器技术由于其观测范围大、可在夜间工作，抗电子干扰强、隐蔽性好、被动工作、实时成像、成像分辨率高等优点不断被研究发展，红外探测属于“战略性”探测、“趋势”探测。水中航行器热尾迹分割算法可以实现对热尾迹区域进行有效分割，有助于排除背景干扰，对热尾迹区域进行更加有效的分析与研究，进而提升红外探测水下航行器系统的性能。因此，该研究具有重要意义。

红外图像是由红外探测器接收到的目标区域红外辐射信号转换得到的。对于水面背景，水面自身辐射、水面反射天空辐射和太阳辐射等因素都会对红外图像产生影响，导致图像信噪比低、细节信息少且轮廓模糊。本发明针对由这些原因导致的背景亮度不均匀、低频背景干扰及盐噪声等三个主要干扰对图像进行了预处理。另外，考虑到热尾迹生成及浮升过程，热尾迹区域会存在难以检测的弱边缘及不明显的低温区域。本发明采用局部对比度累积的显著性检测方法，从空间域局部显著性的角度来对热尾迹区域进行分割，并采用形态学处理及最大连通域提取等操作对分割结果进行了优化。最终实现了对水面背景红外图像热尾迹区域完整有效的分割。

本发明通过预处理、基于局部对比度累积的显著性检测、分割结果优化等主要操作，主要从空间域局部对比度特征的角度，实现了对水面背景红外图像热尾迹区域完整有效的分割。

发明内容：

本发明的目的是对水中航行器产生的热尾迹对应的红外图像中的热尾迹区域实现完整有效的分割。首先采用同态滤波和均值滤波对图像进行预处理，然后对预处理得到的图像进行基于局部对比度累积的显著性检测，得到初步分割结果，最后采用形态学处理及最大连通域提取等操作对结果进行了优化，取得了更好的分割效果。

本发明采用的技术方案是：

基于局部对比度累积的水中航行器热尾迹分割方法，其特征在于如下步骤：

第一步：读取原始热尾迹图像I₀，图像大小为M×N，M是图像I₀的宽度像素，N是图像I₀的高度像素；

第二步：若图像I₀为彩色图像，则通过式(1)对图像I₀中每个像素点的R、G、B三个通道的值进行加权，得到灰度图像I_g；若图像I₀为灰度图像，则令I_g＝I₀；