复杂背景条件下红外运动目标的实时探测和跟踪技术
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摘要
复杂背景下红外运动目标的检测和跟踪是红外成像制导和红外预警系统中的关键技术难题，它分别针对远距离点目标和近距离面目标进行检测、跟踪。大量的低空背景景物以及点目标的特点——远距离、低信噪比、强杂波等，增加了目标检测和跟踪的难度。目前对红外目标的检测方法有很多种，如神经网络训练、小波分析等都有很好的效果，但从计算量和实时处理上却不能达到要求，而实时检测目标又是红外目标检测的难点。红外目标跟踪方法有形心跟踪、相关跟踪等，但是运动目标的不同阶段需采用不同的跟踪方式才能达到稳定的跟踪效果，此外，还需考虑目标运动过程中突然被遮挡的情况。
本文正是针对红外运动目标所处的不同阶段，深入分析各种成熟方法的优缺点，提出了一套适用于红外预警系统的红外运动目标检测和跟踪方法。利用相邻帧红外图像实时相减提取运动目标，然后进行二值化、二值滤波，降低虚警率，最后产生跟踪波门。这些算法均用Visual Basic语言编程进行了模拟仿真实验，证明该套算法提取和跟踪目标效果显著。
IR moving target detection and tracking under complex environment is a key problem in IR alarm system. A lot of low altitude objects and the characteristics of point target make the detection and tracking even harder. Now there are many detection algorithms, such as nerve-network training, wavelet transform. However these algorithms couldn't reach real-time request. Tracking algorithms include centroid tracking and correlative tracking etc. Different tracking algorithms are adapted in different process for ensuring steady effect. Moreover, the solution to sheltered target is required to be considered.
In this dissertation, a set of practical IR moving target detection and tracking algorithms fit for IR alarm system were presented. Firstly, to extract the movement information by decreasing two adjacent images. Secondly, to perform two-value segmentation, two-value filter. Centroid tracking and correlative tracking were respectively used in the process of point target and face target. These algorithms were simulated on the computer and the improvement of image quality was satisfying.
本文正是针对红外运动目标所处的不同阶段，深入分析各种成熟方法的优缺点，提出了一套适用于红外预警系统的红外运动目标检测和跟踪方法。利用相邻帧红外图像实时相减提取运动目标，然后进行二值化、二值滤波，降低虚警率，最后产生跟踪波门。这些算法均用Visual Basic语言编程进行了模拟仿真实验，证明该套算法提取和跟踪目标效果显著。
IR moving target detection and tracking under complex environment is a key problem in IR alarm system. A lot of low altitude objects and the characteristics of point target make the detection and tracking even harder. Now there are many detection algorithms, such as nerve-network training, wavelet transform. However these algorithms couldn't reach real-time request. Tracking algorithms include centroid tracking and correlative tracking etc. Different tracking algorithms are adapted in different process for ensuring steady effect. Moreover, the solution to sheltered target is required to be considered.
In this dissertation, a set of practical IR moving target detection and tracking algorithms fit for IR alarm system were presented. Firstly, to extract the movement information by decreasing two adjacent images. Secondly, to perform two-value segmentation, two-value filter. Centroid tracking and correlative tracking were respectively used in the process of point target and face target. These algorithms were simulated on the computer and the improvement of image quality was satisfying.
引文
1．刘兴运，安成斌等．机载红外搜索跟踪技术研究．激光与红外．2001．31(5)：273-276
2．王锦昌．主动夜视的激光照明技术．激光与红外．1997．27(3)：162-165
3．吴宗凡．红外热像仪的原理和技术发展光学与光电仪器．1997：28-30
4．张弘，赵保军等．一种快速实时的低信噪比红外点、斑点目标检测方法．北京理工大学学报．2001．21(3)：378-381
5．夏明革，何友等．一种基于红外图像的小目标跟踪置前检测算法．电光与控制．2003．10(3)：7-10
6．张金锁，宋利权等．基于带通滤波的红外小目标捕获算法研究．红外与激光工程．2002．31(4)：394-396
7．刘学东，贾玉林等．相关算法中跟踪稳定性问题的研究．红外与激光工程．1998．27(1)：9-13
8．张敬贤，李玉丹，金伟其．微光与红外成像技术．第1版．北京：北京理工大学出版社，1995
9．孙韶媛．夜视图像基于小波分析的压缩编码与融合处理研究．南京理工大学．博士学位论文．2003
10．章毓晋．图像工程上册——图像处理和分析．第1版．北京：清华大学出版社，1999
11．雷春．模块化红外图像实时处理技术研究．南京理工大学．博士学位论文．2000
12．李保平．红外成像导引头总体设计技术研究(一)．红外技术．1995．17(5)：1-6
13．陈朝阳，张桂林等．红外警戒系统小目标实时检测方法．红外与毫米波学报．1998．17(4)：283-286
14．李正周，董能力，金钢．复杂背景下红外运动点目标检测算法研究．红外与激光工程．2002．31(5)：410-414
15．高立科，曾禹村．红外图像运动目标检测与识别．背景理工大学学报．1997．17(6)：676-679
16．彭嘉雄，周文琳．红外背景抑制与小目标分割检测．电子学报．1999．27(12)：47-51
17．柏连发，陈钱，顾国华，张保民．一种易于硬件实现的超快速中值滤波算法．南京理工大学学报．1997．21(6)：544-547
18．李吉成，沈振康．红外起伏背景下运动点目标的检测方法．红外与激光工
程．1997．26(6)：8-13
19．张忠诚，孟庆华，沈振康．红外目标特征．激光与红外．1999．29(3)：166-169
20. Hansen H, Hansen G, Cyrus Elyashar. Adaptive threshold adjustment and control. SPIE Signal and Data Processing of Small Targets[C]. 1989.1096: 44-54
21．吕宗祺．红外点目标探测的信号处理算法及实现．航空电子技术．1995(1)：26-33
22．朱红，赵亦工．基于背景自适应预测的红外弱小运动目标检测．红外与毫米波学报．1999．18(4)：305-309
23．夏德深，傅德胜．现代图像处理技术与应用．东南大学出版社．2001
24. Pal N et al. Object-background segmentation using new definitions of entropy[J]. IEEE Proc. E, 1989, 136(4): 284295
25．张弘，赵保军，毛二可等．复杂背景下红外点目标的检测．红外与激光工程．2001．30(2)：96-98
26．刘建轶，卢伟等．低信噪比序列图像中目标检测、识别及跟踪算法的研究．红外与激光工程．1996．25(4)：28-33
27．张毅军，吴雪菁，夏良正．二维熵图像阈值分割的快速递推算法．模式识别与人工智能．1997．10(3)：259-264
28．吴薇．基于模糊增强的图像阈值分割．现代电子技术．2002．(9)：78-80
29．刘文萍、吴立德．图像分割中阈值选取方法比较研究．模式识别与人工智能．1997．10(3)：271-277
30．朱辉，李在铭．视频序列中运动目标检测技术．信号处理．2002．18(5)：448-451
31．汪洋，郑亲波，张钧屏．基于数学形态学的红外图像小目标检测．红外与激光工程．2003．32(1)：28-31
32．韩建涛，陈曾平．红外目标检测与识别技术研究．红外技术．2001．23(6)：5-7
33．吉书鹏，丁晓青．机载多传感器实时图像跟踪系统研究．红外技术．2002．24(4)：20-23
34．关宁．红外成像制导跟踪算法．红外与激光技术．1992(2)：14-19
35．张覃平，张启衡．数字自适应波门跟踪系统．光电工程．1991．18(5)：19-24
36．张思芳，李正明．一种实时成像跟踪系统的研究．光学精密工程．2002．10(6)：573-576
37. Elizer O, Anil K, Yaakov B. Precision Tracking with Segmentation for Imaging
Sensors. IEEE Trans on Aerospace and Electronic Systems, 1993,AES-29(3): 977-987
38．徐瑞鑫，刘伟宁．基于自适应模板的实时跟踪算法．光学精密工程．2002．10(4)：365-369
39．刘永昌，王虎元．红外成像制导多模实时识别跟踪算法研究．红外技术．2000．22(2)：23-26
40．王涛，刘上乾．一种新的快速相关精跟踪算法．西安电子科技大学学报．1995．22(3)：279-282
41．吴晗平．军用红外目标图像识别跟踪系统的现状与研究．现代防御技术．1996．(3)：55-64
42．向健勇，徐军．一种实用的红外图像分割算法研究．西安电子科技大学学报． 1997．24(3)：416-420
43．赵一凡，丁艳，刘藻珍．基于局部直方图的目标分割方法．光学技术．2002．28(4)：309-310
44．苏晓星，申金缓等．基于快速搜索的运动目标检测算法．光电子激光．2003．14(3)：281-284
2．王锦昌．主动夜视的激光照明技术．激光与红外．1997．27(3)：162-165
3．吴宗凡．红外热像仪的原理和技术发展光学与光电仪器．1997：28-30
4．张弘，赵保军等．一种快速实时的低信噪比红外点、斑点目标检测方法．北京理工大学学报．2001．21(3)：378-381
5．夏明革，何友等．一种基于红外图像的小目标跟踪置前检测算法．电光与控制．2003．10(3)：7-10
6．张金锁，宋利权等．基于带通滤波的红外小目标捕获算法研究．红外与激光工程．2002．31(4)：394-396
7．刘学东，贾玉林等．相关算法中跟踪稳定性问题的研究．红外与激光工程．1998．27(1)：9-13
8．张敬贤，李玉丹，金伟其．微光与红外成像技术．第1版．北京：北京理工大学出版社，1995
9．孙韶媛．夜视图像基于小波分析的压缩编码与融合处理研究．南京理工大学．博士学位论文．2003
10．章毓晋．图像工程上册——图像处理和分析．第1版．北京：清华大学出版社，1999
11．雷春．模块化红外图像实时处理技术研究．南京理工大学．博士学位论文．2000
12．李保平．红外成像导引头总体设计技术研究(一)．红外技术．1995．17(5)：1-6
13．陈朝阳，张桂林等．红外警戒系统小目标实时检测方法．红外与毫米波学报．1998．17(4)：283-286
14．李正周，董能力，金钢．复杂背景下红外运动点目标检测算法研究．红外与激光工程．2002．31(5)：410-414
15．高立科，曾禹村．红外图像运动目标检测与识别．背景理工大学学报．1997．17(6)：676-679
16．彭嘉雄，周文琳．红外背景抑制与小目标分割检测．电子学报．1999．27(12)：47-51
17．柏连发，陈钱，顾国华，张保民．一种易于硬件实现的超快速中值滤波算法．南京理工大学学报．1997．21(6)：544-547
18．李吉成，沈振康．红外起伏背景下运动点目标的检测方法．红外与激光工
程．1997．26(6)：8-13
19．张忠诚，孟庆华，沈振康．红外目标特征．激光与红外．1999．29(3)：166-169
20. Hansen H, Hansen G, Cyrus Elyashar. Adaptive threshold adjustment and control. SPIE Signal and Data Processing of Small Targets[C]. 1989.1096: 44-54
21．吕宗祺．红外点目标探测的信号处理算法及实现．航空电子技术．1995(1)：26-33
22．朱红，赵亦工．基于背景自适应预测的红外弱小运动目标检测．红外与毫米波学报．1999．18(4)：305-309
23．夏德深，傅德胜．现代图像处理技术与应用．东南大学出版社．2001
24. Pal N et al. Object-background segmentation using new definitions of entropy[J]. IEEE Proc. E, 1989, 136(4): 284295
25．张弘，赵保军，毛二可等．复杂背景下红外点目标的检测．红外与激光工程．2001．30(2)：96-98
26．刘建轶，卢伟等．低信噪比序列图像中目标检测、识别及跟踪算法的研究．红外与激光工程．1996．25(4)：28-33
27．张毅军，吴雪菁，夏良正．二维熵图像阈值分割的快速递推算法．模式识别与人工智能．1997．10(3)：259-264
28．吴薇．基于模糊增强的图像阈值分割．现代电子技术．2002．(9)：78-80
29．刘文萍、吴立德．图像分割中阈值选取方法比较研究．模式识别与人工智能．1997．10(3)：271-277
30．朱辉，李在铭．视频序列中运动目标检测技术．信号处理．2002．18(5)：448-451
31．汪洋，郑亲波，张钧屏．基于数学形态学的红外图像小目标检测．红外与激光工程．2003．32(1)：28-31
32．韩建涛，陈曾平．红外目标检测与识别技术研究．红外技术．2001．23(6)：5-7
33．吉书鹏，丁晓青．机载多传感器实时图像跟踪系统研究．红外技术．2002．24(4)：20-23
34．关宁．红外成像制导跟踪算法．红外与激光技术．1992(2)：14-19
35．张覃平，张启衡．数字自适应波门跟踪系统．光电工程．1991．18(5)：19-24
36．张思芳，李正明．一种实时成像跟踪系统的研究．光学精密工程．2002．10(6)：573-576
37. Elizer O, Anil K, Yaakov B. Precision Tracking with Segmentation for Imaging
Sensors. IEEE Trans on Aerospace and Electronic Systems, 1993,AES-29(3): 977-987
38．徐瑞鑫，刘伟宁．基于自适应模板的实时跟踪算法．光学精密工程．2002．10(4)：365-369
39．刘永昌，王虎元．红外成像制导多模实时识别跟踪算法研究．红外技术．2000．22(2)：23-26
40．王涛，刘上乾．一种新的快速相关精跟踪算法．西安电子科技大学学报．1995．22(3)：279-282
41．吴晗平．军用红外目标图像识别跟踪系统的现状与研究．现代防御技术．1996．(3)：55-64
42．向健勇，徐军．一种实用的红外图像分割算法研究．西安电子科技大学学报． 1997．24(3)：416-420
43．赵一凡，丁艳，刘藻珍．基于局部直方图的目标分割方法．光学技术．2002．28(4)：309-310
44．苏晓星，申金缓等．基于快速搜索的运动目标检测算法．光电子激光．2003．14(3)：281-284