[发明专利]基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统，所述系统包括中央处理器、内存、存储器、图形处理器和显存，其特征在于，所述系统还包括：光学图像获取模块、控制模块和单像元目标检测并行计算模块；所述控制模块由中央处理器运行；所述单像元目标检测并行计算模块由图形处理器运行；

所述光学图像获取模块，用于获得连续帧的图像序列；

所述控制模块，用于读取光学图像获取模块的数据，将图像序列划分为若干个数据立方体，将每个数据立方体从内存拷贝至显存；还用于将显存的目标检测结果拷贝至内存中，进行目标轨迹的绘制；

所述单像元目标检测并行计算模块，用于为图像的每个像元分配一个图形处理器线程，对这个像元对应的时序信号进行处理，由此检测时序信号中是否含有瞬态扰动，判断该像元上是否出现目标，将每一个像元的目标检测结果存储在图形处理器的全局显存中。

2.根据权利要求1所述的基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统，其特征在于，所述光学图像获取模块通过可见光相机或红外相机获取图像序列。

3.根据权利要求1所述的基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统，其特征在于，所述控制模块包括：数据读取单元、数据输出单元、计算结果读取单元和处理单元；

所述数据读取单元，用于从光学图像获取模块中读取图像序列数据；

所述数据输出单元，用于设定每次处理的图像帧数N，将N帧图像数据定义为一个数据立方体，每次将一个数据立方体的数据读入内存中，计算所占用的内存空间；根据N帧图像所占用的内存空间，申请开辟图形处理器的全局显存空间，将内存中的数据拷贝到全局显存中；

所述计算结果读取单元，用于将目标检测结果从显存中拷贝到内存中，释放图形处理器的显存；

所述处理单元，用于通过形态学滤波对图像空间域上的目标检测结果进行处理，根据处理后的目标检测结果绘制运动小目标的运动轨迹并进行显示。

4.根据权利要求3所述的基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统，其特征在于，所述单像元目标检测并行计算模块包括：线程分配单元和目标检测单元；

所述线程分配单元，用于根据图形处理器每个块中所含有的线程数目thread_num，将数据立方体根据像元个数pixe_num进行空域上的分块处理，分块个数block_num等于像元总数除以每个块的线程数目：

block_num＝pixe_num/thread_num

给每个像元分配一个图形处理器线程，每个线程均运行目标检测单元；

所述目标检测单元，用于对像元的时序信号进行处理，由此检测时序信号中是否含有瞬态扰动；若存在扰动，则该像元上出现目标；否则，该像元上未出现目标；然后将该像元的目标检测结果存储在图形处理器的全局显存中。

5.根据权利要求4所述的基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统，其特征在于，所述目标检测单元的具体检测过程为：

像元的强度值在时间域上形成一维时序信号f(k)，k表示帧数；

像元是否有目标经过视为在H₀和H_a之间的选择假设问题：

H₀:f(k)＝n(k)无目标

H_a:f(k)＝t(k)+n(k)有目标

其中，t(k)表示点目标信号，n(k)为噪声和背景的叠加分布；

对一维时序信号f(k)进行处理，所使用的处理方法函数记为M，所使用的处理方法包括：时频分析、能量累积、匹配滤波和统计分析；

则处理后的输出为判断值V，数学表达为：

V＝M{f(k)}

设λ为所选取的检测阈值；如果V＜λ，则为选择假设H₀，即没有检测到瞬态扰动，表示没有目标经过，该像元的目标检测结果为0；如果V≥λ，则为选择假设H_a，即检测到瞬态扰动，表示有目标经过，该像元的目标检测结果为1。