基于紅外多目標圖像序列的自動(dòng)判讀技術(shù)

摘 要：提出了一種紅外多目標圖像序列的自動(dòng)判讀方法，先著(zhù)重闡述一種目標序列段自動(dòng)變步長(cháng)搜索方法精確定位有用目標序列段，然后對圖像二值化分割批處理方法以及判讀脫靶量計算等關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行說(shuō)明，最后輸出準實(shí)時(shí)脫靶量；探討目標搜索中步長(cháng)和信號量閾值對搜索時(shí)長(cháng)以及精度的影響。實(shí)驗結果表明，對于低SNR的紅外弱小多目標圖像序列，該判讀方法能縮短判讀時(shí)間，提高判讀的準確性。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)判讀；自動(dòng)變步長(cháng)搜索；脫靶量；圖像處理

0 引 言
視頻記錄與判讀系統是靶場(chǎng)紅外測量設備的重要組成部分，用來(lái)實(shí)時(shí)記錄目標視頻圖像并完成對測量目標的定位和判讀。在靶場(chǎng)測量中，準確地提取圖像中弱小多目標的脫靶量對于交匯計算目標的彈道和落點(diǎn)等信息起決定作用。隨著(zhù)現代科技的進(jìn)步，對靶場(chǎng)數據處理的效率提出了更高要求，數據量更大，處理速度更快，測量更精確。對于大數據量的紅外多目標圖像序列，運用合適的方法在圖像序列中自動(dòng)快速找到含有目標的圖像序列段并對其進(jìn)行判讀是重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，研究紅外圖像多目標段序列的自動(dòng)判讀技術(shù)具有重大意義。在此，研究的目的是實(shí)現對目標序列段的準確定位以及測量結果的自動(dòng)判讀，對于紅外弱小多目標的檢測，單幀檢測很難實(shí)現，必須基于目標灰度與鄰域的差異為出發(fā)點(diǎn)，充分利用多幀圖像序列的相關(guān)信息，比如運動(dòng)軌跡的連續性、一致性等。根據實(shí)際要求，先提出目標序列段自動(dòng)變步長(cháng)搜索方法，在大量圖像數據中自動(dòng)搜索有用目標段，然后對目標序列段進(jìn)行判讀。實(shí)驗結果表明，該技術(shù)在很大程度上了提高判讀的精度和實(shí)時(shí)性。

1 基本原理
1．1 目標序列段自動(dòng)變步長(cháng)搜索
由于圖像采集時(shí)探測器為凝視狀態(tài)，在天空背景下云層的移動(dòng)是緩變的，而目標的運動(dòng)速度比較快，相對于高速記錄的圖像可以視為靜止，因此在目標出現前后可以認為背景是靜止不動(dòng)的。將含有目標圖像與背景圖像相減即可將背景去除，累加目標進(jìn)入視場(chǎng)前的相連M幀圖像f(x，y)，再求算術(shù)平均值。設包含目標的紅外場(chǎng)景圖像f’(x，y)為：

其中B(x，y)為背景圖像；f(x，y)為目標圖像；N(x，y)為噪聲圖像。
對目標進(jìn)入視場(chǎng)前有f(x，y)=0，即：

累加目標進(jìn)入視場(chǎng)前的相連M幀圖像f’(x，y)，再求算術(shù)平均值，即得到平均背景g(x，y)。

這樣可使噪聲方差由原來(lái)的σ2降為1／Mσ2，均方差降為原來(lái)的剩下的圖像只含有目標和能量減少后的噪聲，其信息量為目標和噪聲所占的像元數目。統計圖像序列的信息量，發(fā)現目標開(kāi)始進(jìn)入視場(chǎng)時(shí)，信號量明顯增加，離開(kāi)視場(chǎng)時(shí)明顯減少，目標在視場(chǎng)內時(shí)信號量起伏不大。由此現象，可以通過(guò)計算相鄰步長(cháng)幀之間信息量增量來(lái)判斷并確定目標進(jìn)入和離開(kāi)視場(chǎng)的時(shí)刻，從而搜索到有用目標序列段。

為第n+k幀統計的信號量。搜索步長(cháng)為k(k≤設定的目標個(gè)數)，則：△In=In+k一In為前后兩幅圖像信號增量。取閾值Vth=O．4α+Lβ，式中L為權值，與圖像的噪聲情況相關(guān)，一般取值0．3～0．5。α，β分別為噪聲的信號量和目標的信號量，α為設定的目標個(gè)數乘以理論計算的目標所占像元，β為連續10幀噪聲圖像的信號量的均值。則當|△In|≥Vth令第n幀為有用的信息圖像序列的起始幀；當|△In|Vth則令第n+k幀為有用的信息圖像序列的結束幀。第一步搜索結束后，減小搜索步長(cháng)，通常取值為(1／6)k～(1／8)k，選擇某一中間幀，分別向前向后進(jìn)行搜索，最終精確定位目標起始幀和結束幀。