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一种自适应红外目标尺寸变化的检测跟踪算法

杨擎宇 王永让 李昊 唐善军 李芳 张国华

杨擎宇, 王永让, 李昊, 唐善军, 李芳, 张国华. 一种自适应红外目标尺寸变化的检测跟踪算法[J]. 红外技术, 2022, 44(11): 1176-1185.
引用本文: 杨擎宇, 王永让, 李昊, 唐善军, 李芳, 张国华. 一种自适应红外目标尺寸变化的检测跟踪算法[J]. 红外技术, 2022, 44(11): 1176-1185.
YANG Qingyu, WANG Yongrang, LI Hao, TANG Shanjun, LI Fang, ZHANG Guohua. Adaptive Detection and Tracking Algorithm for Infrared Target Size Variation[J]. Infrared Technology , 2022, 44(11): 1176-1185.
Citation: YANG Qingyu, WANG Yongrang, LI Hao, TANG Shanjun, LI Fang, ZHANG Guohua. Adaptive Detection and Tracking Algorithm for Infrared Target Size Variation[J]. Infrared Technology , 2022, 44(11): 1176-1185.

一种自适应红外目标尺寸变化的检测跟踪算法

详细信息
    作者简介:

    杨擎宇(1996-),男,工程师,研究方向:探测制导及控制。E-mail: qing_yu_yang@126.com

  • 中图分类号: TN976

Adaptive Detection and Tracking Algorithm for Infrared Target Size Variation

  • 摘要: 在实际场景中随着红外探测距离的缩小,红外弱小目标的尺寸等会动态增长,常用的红外弱小目标检测跟踪算法便无法继续稳定检测与跟踪。为解决上述问题,本文提出了一种自适应红外目标尺寸变化的检测跟踪方法,借助低阈值信噪比实现弱小目标的初筛,并通过自适应尺寸分割避免大目标漏检误检,构建备选目标库,最后配合使用卡尔曼算法模型预测运动轨迹,完成小范围波门检测,实现目标跟踪。与传统DBT(Detection Before Track)跟踪检测算法相比,本文算法可同时兼顾弱小目标和大尺寸目标的检测跟踪,在所选目标尺寸动态增长的场景中,本文算法的检测跟踪率提升了约10%。
  • 图  1  本文算法流程

    Figure  1.  Our algorithm flow chart

    图  2  原始信噪比(上)与分割后的疑似目标(下)

    Figure  2.  Original SNR(upper) suspected target after segmentation(down)

    图  3  降采样

    Figure  3.  Down sampling

    图  4  海面俯视背景下红外图像(上)疑似目标及提取窗口(下)

    Figure  4.  Infrared Image in the Sea Surface Top View Background (upper) Suspected target and extraction window (down)

    图  5  卡尔曼轨迹预测

    Figure  5.  Kalman trajectory prediction

    图  6  本文检测结果及目标特性提取

    (蓝色为1号轨迹链,红色为2号轨迹链,绿色为3号轨迹链)

    Figure  6.  Detection results and target characteristics extraction in this paper

    (blue is No. 1 track chain, red is No. 2 track chain, and green is No. 3 track chain)

    图  8  复杂多云背景检测跟踪

    Figure  8.  Detection and tracking of complex and cloudy background

    图  9  海面俯视背景检测跟踪

    Figure  9.  Top view of sea surface background detection and tracking

    图  10  海天线背景检测跟踪

    Figure  10.  Detection and tracking under sea antenna background

    表  1  不同距离成像像素

    Table  1.   Imaging pixels at different distances

    Distance/km Imaging pixel dimensions Pixel growth
    5 1.76×1.76 -
    4.5 1.94×1.94 0.18
    4 2.22×2.22 0.28
    3.5 2.51×2.51 0.29
    3 2.93×2.93 0.42
    2.5 3.52×3.52 0.59
    2 4.4×4.4 0.88
    1.5 5.9×5.9 1.5
    1 8.8×8.8 2.1
    0.5 17.5×17.5 8.7
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    表  2  不同尺寸定义下对应检测波门的实验结果

    Table  2.   Experimental results of corresponding detection gates under different size definitions

    Gate size/1 Complex and cloudy background Top view background of sea surface Sea antenna background
    Detection tracking rate/% Undetected rate/% False alarm rate/% Frame rate/Hz Detection tracking rate/% Undetected rate/% False alarm rate/% Frame rate/Hz Detection tracking rate/% Undetected rate/% False alarm rate/% Frame rate/Hz
    3×3 98 2 7.4 55 90 10 7 51 91.8 8.2 5 56
    5×5 98.5 1.5 7 50 94.1 5.9 2 48 93.5 6.5 3 52
    8×8 98 2 6 44 95 5 5 43 92 8 3.2 46
    12×12 94.4 5.6 15 31 91.2 8.8 12 29 88.6 11.4 4 31
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    表  3  不同背景红外数据集下算法表现

    Table  3.   Algorithm performance under different background infrared data sets

    Infrared image Low SNR target detection algorithm Our algorithm
    Detection tracking rate/% Undetected rate/% False alarm rate/% Frame rate/Hz Detection tracking rate/% Undetected rate/% False alarm rate/% Frame rate/Hz
    Complex and cloudy background 98 2 8 45 98.5 1.5 7 50
    Top view background of sea surface 85.8 14.2 3 42 94.1 5.9 2 48
    Seaantenna background 82.9 17.1 5 46 93.5 6.5 3 52
    下载: 导出CSV
  • [1] BAI Xiangzhi, ZHANG Shan, DU Binbin, et al. Survey on dim small target detection in clutter background: wavelet, inter-frame and filter based algorithms[J]. Procedia Engineering, 2011, 15: 479-483. doi:  10.1016/j.proeng.2011.08.091
    [2] MING Z, LI J, ZHANG P. The design of Top-Hat morphological filter and application to infrared target detection[J]. Infrared Physics & Technology, 2006, 48(1): 67-76.
    [3] FAN Q, YANG Y, ZOU E B. A novel infrared target detection and tracking method[C]// Seventh Symposium on Novel Photoelectronic Detection Technology and Application, 2020: 117631L.
    [4] 王莹莹, 张永顺, 华永伟. 红外目标检测方法分析[J]. 红外技术, 2011, 33(3): 133-140. doi:  10.3969/j.issn.1001-8891.2011.03.002

    WANG Y Y, ZHANG Y S, HUA Y W. Analysis on infrared target detection methods[J]. Infrared Technology, 2011, 33(3): 133-140. doi:  10.3969/j.issn.1001-8891.2011.03.002
    [5] 王翔. 一种复杂海空背景下的红外小目标检测跟踪算法[J]. 光学与光电技术, 2022, 20(2): 113-119. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXGD202202014.htm

    WANG X. A detection and tracking algorithm for infrared small target in complex sea sky background[J]. Optics & Optoelectronic Technology, 2022, 20(2): 113-119. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXGD202202014.htm
    [6] ZHAO T, WANG T, CAO Y, et al. Infrared dim and small target detection and tracking based on single multi-frame algorithm under sea clutter background[C]// 2019 Chinese Control Conference (CCC), 2019: 402-407.
    [7] 郭伟, 赵亦工, 谢振华. 一种改进的红外图像归一化互相关匹配算法[J]. 光子学报, 2009, 38(1): 189-193. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GZXB200901040.htm

    GUO W, ZHAO Y G, XIE Z H. An Improved normalized cross-correlation for template matching of infrared image[J]. Acta Photonica Sinica, 2009, 38(1): 189-193. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GZXB200901040.htm
    [8] 张晋, 王元余, 林丹丹, 等. 基于相关滤波的红外目标跟踪抗遮挡处理[J]. 红外技术, 2022, 44(3): 277-285. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWJS202203015.htm

    ZHANG J, WANG Y Y, LIN D D, et al. Anti-occlusion process of infrared target tracking based on correlation filters[J]. Infrared Technology, 2022, 44(3): 277-285. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWJS202203015.htm
    [9] 王曙光, 石胜斌, 胡春生. 一种对空红外弱小目标检测跟踪方法研究[J]. 红外技术, 2020, 42(4): 356-360. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWJS202004008.htm

    WANG Y G, SHI S B, HU C S. Detection and tracking method for infrared dim small targets in air[J]. Infrared Technology, 2020, 42(4): 356-360. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWJS202004008.htm
    [10] 杨昳, 徐长彬, 马玉莹, 等. 低信噪比下的红外弱小目标检测算法研究综述[J]. 激光与红外, 2019, 49(6): 643-649. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW201906002.htm

    YANG Y, XU C B, MA Y Y, et al. A review of infrared dim small target detection algorithms with low SNR[J]. Laser & Infrared, 2019, 49(6): 643-649. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW201906002.htm
    [11] 宋敏敏, 王爽, 吕弢, 等. 一种天地复杂背景下的红外弱小目标检测方法[J]. 红外技术, 2018, 40(10): 996-1001. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201810011

    SONG M M, WANG S, LYU T, et al. A method for infrared dim target detection in complex scenes of sky and ground[J]. . Infrared Technology, 2018, 40(10): 996-1001 http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201810011
    [12] 施元斌, 张晓杰, 王兴. 基于梯度和各向异性扩散的红外双波段目标检测方法[J]. 空天防御, 2021, 4(4): 95-100. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KTFY202104014.htm

    SHI Y B, ZHANG X J, WANG X. Infrared dual-band target detection method based on gradient and anisotropic diffusion[J]. Air & Space Defense, 2021, 4(4): 95-100. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KTFY202104014.htm
    [13] LI Z M, MEI L F, SONG M. A survey on infrared weak small target detection method[J]. Advanced Materials Research, 2014, 945-949: 1558-1560.
    [14] 施天俊, 鲍广震, 王福海, 等. 一种适用于多场景的红外弱小目标检测跟踪算法[J]. 航空兵器, 2019, 26(6): 35-42. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKBQ201906007.htm

    SHI T J, BAO G Z, WANG F H, et al. An infrared small target detection and tracking algorithm applying for multiple scenarios[J]. Aero Weaponry, 2019, 26(6): 35-42. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKBQ201906007.htm
    [15] 李静. 基于区域生长和背景配准的低信噪比红外目标检测算法[J]. 红外技术, 2014, 36(11): 909-913. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201411011

    LI J. Detection method of moving infrared target integrating based on region growing and background[J]. Infrared Technology, 2014, 36(11): 909-913. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201411011
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-07-03
  • 修回日期:  2022-08-10
  • 刊出日期:  2022-11-20

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