红外目标特性分析及空时显著性建模方法

作     者：李加辉 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑华靖

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：红外目标检测 空时显著性 空时滤波 建模方法 

摘      要：红外目标检测系统在诸多领域里面有着广泛的运用,在飞机舰船检测、制导、预警等军事方面以及地质探测、工业缺陷检测等民用方面有着不俗的价值。能否准确地有效地发现目标,决定了红外目标检测系统的性能好坏,因此,对于红外目标检测的研究十分重要。而由于红外成像的特点,比如红外目标占比低、缺少纹理等信息、对比度低以及复杂的背景环境影响,使得传统算法处理起来很难做到同时具备检测稳定性、检测精度高、保持检测效率诸优点。因此,本文通过引入对红外图像空域时域上显著性的分析,利用了更多的特征信息来有效处理红外目标的检测,其主要工作和研究内容有如下:(1)研究红外目标的成像原理,并在此基础上对红外的目标特性、背景特性和噪声特性进行分析;收集红外序列图像以制作数据集,并对图像进行预处理。(2)提出了一种基于空时熵权重融合的红外目标显著性建模方法。针对红外弱小目标在图像帧中占比过低、特征在转换过程中丢失的问题,空域上通过构造高斯金字塔分层提取图像的特征得到显著图的构建,时域上通过香农熵的概念针对多帧序列图进行核密度估计得到时域显著图,然后通过加权融合的算法得到最终的空时显著图,实现对红外目标的检测,弥补了现有算法因为目标特征过少导致出现误检的现象。(3)提出一种基于空时显著性的不确定性估计融合算法。针对项目中目标强度弱、场景复杂的问题,通过共现直方图计算出图像的对比度、梯度以及光流的幅度和梯度的显著图,然后利用捕捉自顶向下的目标线索的方法得到对象映射图,然后将上述的图合成最终的显著图,最后使用无监督不确定性估计的方法得到最终结果图,实现对红外目标的检测。(4)提出一种基于空时熵流法的红外目标建模及检测算法。针对现有算法对被噪声干扰的复杂环境下对小目标产生误检的问题,首先构造出熵图,利用微分法计算熵流场,然后构建熵流二维直方图,从而确定直方图中的主峰,确定主峰之后,通过对比背景得到差分图像,最后使用管道滤波法实现小目标的检测。将本文提到的三种算法与其他经典视觉算法在多组数据下进行定量和视觉定性的对照试验,得到算法的综合性能评估。结果表明,在包含边缘、虚警源的复杂环境下,本文提到的算法拥有更好的检测性能,能够有效应用到红外检测系统中。