本發(fā)明涉及目標(biāo)檢測(cè)跟蹤，具體涉及一種sar圖像目標(biāo)檢測(cè)跟蹤方法。

背景技術(shù)：

1、sar圖像目標(biāo)檢測(cè)跟蹤是指利用合成孔徑雷達(dá)(synthetic?aperture?radar，sar)圖像進(jìn)行目標(biāo)的檢測(cè)和跟蹤。sar是一種主動(dòng)遙感技術(shù)，通過發(fā)射微波信號(hào)并接收反射信號(hào)來獲取地面物體的圖像，其具有全天候、全天時(shí)、穿透云層和煙霧等優(yōu)點(diǎn)。因此，sar圖像在軍事、災(zāi)害監(jiān)測(cè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目標(biāo)檢測(cè)是指從sar圖像中識(shí)別并定位選定目標(biāo)，如車輛、船只或建筑物。

2、目標(biāo)跟蹤是在目標(biāo)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)目標(biāo)在時(shí)間序列中的位置進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。sar圖像目標(biāo)跟蹤涉及在連續(xù)獲取的sar圖像序列中，利用檢測(cè)到的目標(biāo)位置信息，通過特定算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)跟蹤。常見的跟蹤方法包括卡爾曼濾波、粒子濾波和光流法等。這些方法通過預(yù)測(cè)目標(biāo)的未來位置并進(jìn)行相應(yīng)的校正，以保持對(duì)目標(biāo)的準(zhǔn)確跟蹤。sar圖像目標(biāo)檢測(cè)跟蹤在軍事領(lǐng)域用于監(jiān)視敵方活動(dòng)，在災(zāi)害監(jiān)測(cè)中用于追蹤自然災(zāi)害的動(dòng)態(tài)變化，在環(huán)境保護(hù)中用于監(jiān)控非法活動(dòng)等，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過有效的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和精確定位，提高對(duì)復(fù)雜環(huán)境中目標(biāo)動(dòng)態(tài)變化的感知和響應(yīng)能力。

3、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

4、對(duì)sar圖像中識(shí)別出的選定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)通常是以恒定的速度對(duì)選定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，目標(biāo)在移動(dòng)過程中可能會(huì)發(fā)生形態(tài)變化，當(dāng)選定目標(biāo)發(fā)生急劇形態(tài)變化時(shí)，若目標(biāo)形態(tài)變化較快，跟蹤算法將無法及時(shí)調(diào)整和匹配新的目標(biāo)特征，導(dǎo)致目標(biāo)位置的預(yù)測(cè)誤差增大，最終導(dǎo)致跟蹤算法無法繼續(xù)鎖定目標(biāo)。目標(biāo)丟失是跟蹤系統(tǒng)的致命問題，尤其在軍事監(jiān)視和災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，目標(biāo)丟失可能意味著失去對(duì)重要目標(biāo)的控制和監(jiān)視，造成無法挽回的損失。

5、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種sar圖像目標(biāo)檢測(cè)跟蹤方法，通過預(yù)處理sar圖像和獲取連續(xù)時(shí)間序列圖像，確保目標(biāo)動(dòng)態(tài)跟蹤的精確性，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)估相鄰幀間目標(biāo)形態(tài)變化，識(shí)別急劇與正常形態(tài)變化，對(duì)于正常形態(tài)變化，采用最佳恒定速度跟蹤，確保效率和精度；對(duì)于急劇形態(tài)變化，降低跟蹤速度保證連續(xù)性和穩(wěn)定性，該方法能及時(shí)調(diào)整策略，減少預(yù)測(cè)誤差，有效防止目標(biāo)丟失，在軍事監(jiān)視和災(zāi)害監(jiān)測(cè)中提供可靠的目標(biāo)控制和監(jiān)視，避免重大損失，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種sar圖像目標(biāo)檢測(cè)跟蹤方法，包括以下步驟：

3、通過合成孔徑雷達(dá)發(fā)射微波信號(hào)，并接收地面反射回來的信號(hào)來生成sar圖像；

4、對(duì)生成的sar圖像進(jìn)行預(yù)處理，提高圖像質(zhì)量和目標(biāo)的可檢測(cè)性；

5、從預(yù)處理后的sar圖像中識(shí)別并定位選定目標(biāo)；

6、按照時(shí)間序列連續(xù)獲取每一幀sar圖像，以形成時(shí)間序列數(shù)據(jù)，通過連續(xù)的時(shí)間序列圖像為目標(biāo)的動(dòng)態(tài)跟蹤提供精確的數(shù)據(jù)支持；

7、對(duì)相鄰兩幀sar圖像中識(shí)別和定位的選定目標(biāo)進(jìn)行提取，通過比較相鄰幀之間選定目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)，評(píng)估選定目標(biāo)在這兩幀中的形態(tài)特征變化情況；

8、基于形態(tài)特征變化評(píng)估的結(jié)果，將選定目標(biāo)的形態(tài)變化劃分為急劇形態(tài)變化和正常形態(tài)變化；

9、針對(duì)正常形態(tài)變化，基于歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定最佳恒定速度對(duì)選定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，針對(duì)急劇形態(tài)變化，對(duì)選定目標(biāo)跟蹤的實(shí)際跟蹤速度進(jìn)行調(diào)整，降低實(shí)際跟蹤速度，保證目標(biāo)跟蹤的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

10、優(yōu)選的，從sar圖像中識(shí)別并定位選定目標(biāo)的具體步驟如下：

11、對(duì)預(yù)處理后的sar圖像進(jìn)行圖像分割；

12、在圖像分割的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)分割區(qū)域進(jìn)行特征提??；

13、在提取到大量特征后，進(jìn)行特征選擇以減少特征維度；

14、利用選擇后的特征進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)；

15、在檢測(cè)到目標(biāo)后，進(jìn)行目標(biāo)定位。

16、優(yōu)選的，獲取相鄰幀之間選定目標(biāo)的輪廓曲率信息和運(yùn)動(dòng)模糊程度信息，對(duì)選定目標(biāo)的輪廓曲率信息和運(yùn)動(dòng)模糊程度信息進(jìn)行分析后，分別生成輪廓曲率變化指數(shù)和運(yùn)動(dòng)模糊程度變化指數(shù)，將分析后的輪廓曲率變化指數(shù)和運(yùn)動(dòng)模糊程度變化指數(shù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練好的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成形態(tài)特征變化系數(shù)，通過形態(tài)特征變化系數(shù)評(píng)估選定目標(biāo)在這兩幀中的形態(tài)特征變化情況。

17、優(yōu)選的，獲取相鄰幀之間選定目標(biāo)的輪廓曲率信息，對(duì)選定目標(biāo)的輪廓曲率信息進(jìn)行分析后，生成輪廓曲率變化指數(shù)的步驟如下：

18、對(duì)每一幀sar圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，使用邊緣檢測(cè)算法提取選定目標(biāo)的輪廓邊緣，并將輪廓邊緣的邊緣點(diǎn)序列化為輪廓曲線表示；

19、對(duì)每一幀中提取的輪廓邊緣，計(jì)算各個(gè)邊緣點(diǎn)的曲率，曲率在離散邊緣點(diǎn)序列中的計(jì)算表達(dá)式為：

20、

21、，式中，κi是第i個(gè)邊緣點(diǎn)的曲率，ai是由第i-1、i、i+1個(gè)邊緣點(diǎn)組成的三角形的面積，di-1，i是第i-1個(gè)邊緣點(diǎn)和第i個(gè)邊緣點(diǎn)之間的距離，di，i+1是第i個(gè)邊緣點(diǎn)和第i+1個(gè)邊緣點(diǎn)之間的距離，di+1，i-1是第i+1個(gè)邊緣點(diǎn)和第i-1個(gè)邊緣點(diǎn)之間的距離；

22、使用最小化邊緣點(diǎn)之間的距離來實(shí)現(xiàn)兩幀圖像中對(duì)應(yīng)的輪廓點(diǎn)對(duì)齊；

23、計(jì)算相鄰幀中輪廓曲線邊緣點(diǎn)的曲率差異，曲率差異的計(jì)算表達(dá)式為：δκi＝|κi(t+1)-κi(t)|，式中，δκi是第i個(gè)邊緣點(diǎn)在相鄰幀之間的曲率差異，κi(t+1)是在第t+1幀中第i個(gè)邊緣點(diǎn)的曲率，κi(t)是在第t幀中第i個(gè)邊緣點(diǎn)的曲率；

24、累積所有邊緣點(diǎn)的曲率差異，計(jì)算整個(gè)目標(biāo)輪廓的總曲率變化量，計(jì)算的表達(dá)式為：δκtotal是整個(gè)輪廓的總曲率變化量，n是邊緣點(diǎn)的總數(shù)，wi是第i個(gè)邊緣點(diǎn)的權(quán)重；

25、通過總曲率變化量計(jì)算輪廓曲率變化指數(shù)，計(jì)算的表達(dá)式為：式中，contcurva表示輪廓曲率變化指數(shù)，max(δκtotal)是預(yù)定義的最大總曲率變化量，用于標(biāo)準(zhǔn)化。

26、優(yōu)選的，獲取相鄰幀之間選定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模糊程度信息，對(duì)選定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模糊程度信息進(jìn)行分析后，生成運(yùn)動(dòng)模糊程度變化指數(shù)的步驟如下：

27、從相鄰幀的sar圖像中提取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模糊信息，通過分析選定目標(biāo)區(qū)域的梯度變化來實(shí)現(xiàn)，將相鄰幀的sar圖像分別用it和it+1進(jìn)行表示，其中，it和it+1分別表示第t幀和第t+1幀sar圖像，將it和it+1對(duì)應(yīng)的選定目標(biāo)區(qū)域的梯度圖像分別用gt和gt+1進(jìn)行表示，則式中，是梯度運(yùn)算符；

28、在選定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，計(jì)算每個(gè)像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模糊向量，計(jì)算的表達(dá)式為：式中，vt(x，y)和vt+1(x，y)分別是第t幀和第t+1幀中選定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)模糊向量，(x，y)是像素點(diǎn)的坐標(biāo)；

29、利用模糊向量構(gòu)建選定目標(biāo)區(qū)域的模糊程度矩陣，構(gòu)建的表達(dá)式為：mt(x，y)＝∑x′，y′vt(x′，y′)·k(x-x′，y-y′)，x′和y′是選定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)遍歷所有像素點(diǎn)的變量，mt+1(x，y)＝σx′,y′vt+1(x′，y′)·k(x-x′，y-y′)，式中，k是一個(gè)核函數(shù)，用于平滑運(yùn)動(dòng)模糊向量，mt和mt+1分別是第t幀和第t+1幀選定目標(biāo)區(qū)域的模糊程度矩陣；

30、計(jì)算模糊程度變化矩陣，表示相鄰幀之間選定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)每個(gè)像素點(diǎn)的模糊程度變化量，計(jì)算的表達(dá)式為：δm(x，y)＝|mt+1(x，y)-mt(x，y)|，式中，δm(x，y)是模糊程度變化矩陣；

31、綜合整個(gè)選定目標(biāo)區(qū)域的模糊程度變化計(jì)算運(yùn)動(dòng)模糊程度變化指數(shù)，計(jì)算的表達(dá)式為：motionblur＝∑x，y∈rδm(x，y)，式中，motionblur是模糊程度變化指數(shù)，表示整個(gè)目標(biāo)區(qū)域的模糊程度變化的綜合度量，r是選定目標(biāo)區(qū)域，表示在sar圖像中被跟蹤的選定目標(biāo)的像素區(qū)域。

32、優(yōu)選的，將對(duì)選定目標(biāo)形態(tài)特征變化評(píng)估后生成的形態(tài)特征變化系數(shù)與預(yù)先設(shè)定的形態(tài)特征變化系數(shù)參考閾值進(jìn)行比對(duì)分析，對(duì)選定目標(biāo)的形態(tài)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)劃分，具體的劃分步驟為：

33、若形態(tài)特征變化系數(shù)大于形態(tài)特征變化系數(shù)參考閾值，則將選定目標(biāo)的形態(tài)變化劃分為急劇形態(tài)變化；

34、若形態(tài)特征變化系數(shù)小于等于形態(tài)特征變化系數(shù)參考閾值，則將選定目標(biāo)的形態(tài)變化劃分為正常形態(tài)變化。

35、優(yōu)選的，針對(duì)急劇形態(tài)變化，對(duì)選定目標(biāo)跟蹤的實(shí)際跟蹤速度進(jìn)行調(diào)整，具體的步驟如下：

36、在檢測(cè)到急劇形態(tài)變化時(shí)，開始調(diào)整實(shí)際跟蹤速度基準(zhǔn)，首先，根據(jù)形態(tài)特征變化系數(shù)morpfl計(jì)算速度調(diào)整量δv，計(jì)算的表達(dá)式為：δv＝γ·(morpfl-τthre)·vopt，式中，morpfl表示形態(tài)特征變化系數(shù)，τthre表示形態(tài)特征變化系數(shù)參考閾值，且morpfl＞τthre，γ表示速度調(diào)整系數(shù)，用于控制速度調(diào)整幅度，vopt表示最佳恒定速度；

37、根據(jù)計(jì)算的速度調(diào)整量δv，調(diào)整實(shí)際跟蹤速度vactual，調(diào)整的表達(dá)式為：vactual＝vopt-δv＝vopt-γ·(morpfl-τthre)·vopt；

38、在跟蹤過程中，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)形態(tài)特征變化系數(shù)的變化，根據(jù)實(shí)時(shí)反饋動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)際跟蹤速度，確保跟蹤的連續(xù)性和穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)調(diào)整實(shí)際跟蹤速度的表達(dá)式為：vactual＝vopt·(1-γ·max(0，morpfl-τthre)；

39、使用平滑函數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)整后的實(shí)際跟蹤速度進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的表達(dá)式為：vsmooth＝λ·vactual+(1-λ)·vprev，vsmooth表示平滑處理后的實(shí)際跟蹤速度，λ表示平滑系數(shù)，1＞λ>0，vprev表示前一幀sar圖像的實(shí)際跟蹤速度；

40、將平滑后的實(shí)際跟蹤速度vsmooth應(yīng)用于當(dāng)前幀和下一幀之間的目標(biāo)跟蹤過程，確保跟蹤的連續(xù)性。

41、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

42、本發(fā)明通過對(duì)sar圖像的預(yù)處理和連續(xù)時(shí)間序列圖像的獲取，確保了目標(biāo)動(dòng)態(tài)跟蹤的數(shù)據(jù)精確性，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)相鄰幀之間選定目標(biāo)的形態(tài)特征變化進(jìn)行評(píng)估，能夠有效識(shí)別目標(biāo)的急劇形態(tài)變化與正常形態(tài)變化，根據(jù)形態(tài)變化的動(dòng)態(tài)劃分機(jī)制，對(duì)于正常形態(tài)變化采用最佳恒定速度跟蹤，確保跟蹤的效率和精度，對(duì)于急劇形態(tài)變化，通過降低實(shí)際跟蹤速度來保證跟蹤的連續(xù)性和穩(wěn)定性，不僅能夠在目標(biāo)急劇變化時(shí)及時(shí)調(diào)整跟蹤策略，減少目標(biāo)位置預(yù)測(cè)誤差，還能夠有效防止目標(biāo)丟失，從而在軍事監(jiān)視和災(zāi)害監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵應(yīng)用中，提供可靠的目標(biāo)控制和監(jiān)視，避免不可挽回的損失。