[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

说明书

本发明公开了基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统及方法，该系统包括中央处理器、内存、存储器、图形处理器和显存，还包括：光学图像获取模块、由中央处理器运行的控制模块和由图形处理器运行的单像元目标检测并行计算模块；光学图像获取模块用于获得连续帧的图像序列；控制模块用于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；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全局显存中。

技术领域

本发明涉及运动小目标检测与并行计算领域，具体涉及基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统及方法。

背景技术

运动小目标检测是计算机视觉领域的基本问题，也是各种预警防御系统的关键环节。运动目标检测主要有两种信息可以利用：一是视觉特征，主要包括颜色、纹理和形状信息；二是目标的运动信息。由于运动小目标不具有形状和纹理信息，因此主要依靠其运动所引起的像元变化进行检测。运动小目标检测有两种基本的检测方法：一是基于空域信息的，通过处理单帧图像对目标进行检测，对高信噪比目标有很好的检测效果；二是基于时空联合信息的，其实仍然是以空域信息为主，引入时域信息进行检测增强。在基于空域信息的检测中，背景建模和帧间差分是有效的检测方式，其他的方法包括光流法、局部对比度分析以及形态学滤波等。对于时域滤波来说，主要包括检测前跟踪和跟踪前检测两大类方法，这些方法在一定程度上能够满足运动小目标检测的需求，但是无法实现低信噪比运动小目标检测。主要原因在于现有的方法主要利用空间域信息，然后引入时间域作为辅助，进行轨迹关联，没有充分挖掘每一个像元强度值的时域分布信息。与此同时，现有的基于时域信息的运动小目标检测通过串行地处理每一个像元实现目标检测，效率低，不能满足目标检测的实时性要求。

发明内容

本发明的目的是解决低信噪比运动小目标检测难和效率低的问题，提出了基于单像元并行计算的运动小目标实时检测系统，该系统通过中央处理器与图形处理器协同工作的方式，实现基于单像元并行计算的低信噪比运动小目标的检测。

为实现上述目的，本发明的实施例1提供了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，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。

作为上述系统的一种改进，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。

作为上述系统的一种改进，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；