紅外掃描相機抖動的紅外弱小目標圖像序列仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更進一步涉及紅外圖像處理技術(shù)領(lǐng)域中的一種紅 外掃描相機抖動的紅外弱小目標圖像序列仿真方法。本發(fā)明可為紅外掃描相機抖動的紅外 弱小目標圖像的性能評估提供大量測試紅外掃描相機抖動紅外弱小目標圖像序列，用來驗 證紅外弱小目標檢測算法的有效性。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外掃描相機已被廣泛應用于現(xiàn)代武器裝備中，紅外掃描相機真實拍攝的紅外弱 小目標圖像序列無法提前已知紅外弱小目標圖像抖動程度，并且獲得大量不同紅外背景下 的抖動紅外弱小目標圖像序列具有較大難度。但是驗證紅外掃描相機抖動對紅外弱小目標 檢測性能時需要大量已知紅外弱小目標圖像抖動程度的抖動紅外弱小目標圖像序列。解決 該問題須使用抖動紅外弱小目標圖像序列仿真技術(shù)。
[0003]目前，通過計算機建模仿真軟件生成相應的抖動紅外弱小目標圖像序列是一種有 效的技術(shù)方法。該方法生成的抖動紅外弱小目標圖像序列缺失紋理細節(jié)信息，抖動參數(shù)不 可控制，與真實的抖動紅外弱小目標圖像序列存在較大誤差。無法為紅外掃描相機抖動對 紅外弱小目標檢測性能評估提供抖動參數(shù)可控的抖動紅外弱小目標圖像序列。
[0004] 通常進行外場實驗要消耗大量的人力物力，穩(wěn)定性和可重復性差，受天氣影響較 大，通過計算機搭建半實物仿真平臺，可以仿真紅外弱小目標在不同紅外背景下和不同抖 動參數(shù)下的抖動紅外弱小目標圖像序列，可以在實驗室條件下實現(xiàn)，方便快捷，節(jié)省人力和 物力。
[0005] 展訊通信（上海）有限公司所申請的專利"圖像抖動方法和系統(tǒng)"（專利申請?zhí)?201380001045. 4,申請公布號CN104303226A)公開了一種圖像抖動方法，所述方法包括分 析所述圖像的多個像素的各個像素，所述各個像素具有整數(shù)值N位的顏色深度；確定所述 圖像的各個像素的索引值、與所述圖像各個像素的特定顏色分量相關(guān)的數(shù)值、和與所述圖 像各個像素的特定顏色分量相關(guān)的閾值。其中，間隔著預定數(shù)量像素的所述圖像的像素具 有相同的閾值。所述方法還包括，基于所述確定，修訂所述圖像的各個像素以使其具有整數(shù) 值M位的顏色深度，所述整數(shù)值M小于所述整數(shù)值N，該方法存在的不足是：當仿真生成紅 外掃描相機抖動的紅外弱小目標圖像序列時，遍歷紅外掃描相機抖動的紅外弱小目標圖像 的所有像素的計算量大，并且該方法無法控制仿真紅外弱小目標圖像抖動程度。
[0006] 中國科學院沈陽自動化研究所申請的專利"一種海天背景下多類目標的紅外動態(tài) 場景實時仿真方法"（專利申請?zhí)?01110447686. 5,申請公布號CN103186906A)公開了一 種海天背景下多類目標的紅外動態(tài)場景實時仿真方法。該發(fā)明包括紅外建模、場景構(gòu)建、紅 外計算、紅外大氣傳輸計算、紅外場景實時生成、最后渲染生成紅外場景實時仿真圖像。該 方法仿真場景內(nèi)容豐富，能在同一場景中包含海面、天空、艦船及多種型號的飛機。在復雜 場景情況下依然能滿足實時要求，不僅根據(jù)當前數(shù)據(jù)實時構(gòu)建動態(tài)場景，而且實時模擬聲 場紅外場景圖像。該方法存在的不足是：當仿真生成紅外抖動目標圖像時，需要場景進行分 類并指定紋理類型，建立場景三維模型，生成映射文件，載入大氣參數(shù)模型、成像模型和大 氣參數(shù)條件，完成紅外場景圖像的仿真輸出，并且生成的紅外弱小目標圖像序列缺失紋理 細節(jié)特征，與真實的紅外弱小目標圖像相比存在較大失真，并且該方法無法控制紅外弱小 目標大小，紅外弱小目標信噪比，紅外弱小目標運動速度，紅外弱小目標航跡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種紅外掃描相機抖動 的紅外弱小目標圖像序列仿真方法，本發(fā)明可以顯著豐富紅外弱小目標圖像的紋理細節(jié)特 征，控制紅外弱小目標具體參數(shù)，控制抖動程度，仿真方法簡單實用。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體步驟如下：
[0009] (1)采集紅外圖像背景：
[0010] (la)使用紅外熱像儀采集真實紅外圖像背景序列，得到原始紅外圖像背景序列；
[0011] (lb)將原始紅外圖像背景序列的幀數(shù)i賦值為1 ;
[0012] (2)仿真紅外弱小目標圖像背景：
[0013] (2a)讀入原始紅外圖像背景序列中第i幀原始紅外圖像背景，0 <i彡R，R表示 原始紅外圖像背景序列總幀數(shù)；
[0014] (2b)設(shè)置第i幀原始紅外圖像背景裁剪的起始行和起始列；
[0015] (2c)裁剪第i幀原始紅外圖像背景，得到大小為MXN的仿真紅外弱小目標圖像背 景，M表示仿真紅外弱小目標圖像背景的行數(shù)，N表示仿真紅外弱小目標圖像背景的列數(shù)， 要求0彡M彡A，0彡N彡B，A表示原始紅外圖像背景序列中每一幀圖像的行數(shù)，B表示原 始紅外圖像背景序列中每一幀圖像的列數(shù)；
[0016] (3)對仿真紅外弱小目標圖像背景邊緣進行鏡像擴展；
[0017] (4)創(chuàng)建紅外弱小目標模型：
[0018] (4a)設(shè)置紅外弱小目標信噪比D，D在0 <D彡20范圍內(nèi)取整數(shù)值；
[0019] (4b)按照下式，計算紅外弱小目標像素灰度值：
[0020] s = DX〇+y
[0021] 其中，s表示紅外弱小目標像素灰度值，D表示所設(shè)定的紅外弱小目標信噪比，〇 表示以紅外弱小目標型心為中心局部鄰域內(nèi)所有像素的標準差，y表示以紅外弱小目標型 心為中心局部鄰域范圍內(nèi)所有像素的均值；
[0022] (4c)將紅外弱小目標的大小設(shè)置為mXm像素，其中，m在0 <m彡10范圍內(nèi)取整 數(shù)值；
[0023] (5)設(shè)置紅外弱小目標航跡：
[0024] (5a)將紅外弱小目標運動速度設(shè)置為Ax像素/幀，其中，Ax在0〈Ax〈10范圍 內(nèi)取值；
[0025] (5b)將第i幀仿真紅外弱小目標圖像背景左上角頂點的像素點作為原點，水平向 右方向作為x軸，垂直向下方向作為y軸，建立第i幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡坐標 系；
[0026] (5c)判斷仿真紅外弱小目標圖像背景幀數(shù)是否為1，如果是，執(zhí)行步驟（5d);否 貝1J，執(zhí)行步驟（5e);
[0027] (5d)將紅外弱小目標在第1幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡坐標系中的橫坐 標值設(shè)置為 Xl，〇 < Xl<N，N表示仿真紅外弱小目標圖像背景的列數(shù)，按照下式，建立第1 幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡的直線模型：
[0028]y!=ax!+b
[0029] 其中，71表示紅外弱小目標在第1幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡坐標系中的 縱坐標值，〇 < M，M表示仿真紅外弱小目標圖像背景的行數(shù)，x:表示紅外弱小目標在第 1幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡坐標系中的橫坐標值，〇 < N，N表示仿真紅外弱 小目標圖像背景的列數(shù)，a表示仿真紅外弱小目標圖像背景航跡的直線模型的斜率，b表示 仿真紅外弱小目標圖像背景航跡的直線模型的截距，a和b的取值范圍為：0 <aXl+b<M， M表示仿真紅外弱小目標圖像背景的行數(shù)；
[0030] (5e)按照下式，建立除第1幀以外的仿真紅外弱小目標圖像背景航跡的直線模 型：
[0031]
[0032] 其中，^表示紅外弱小目標在第i幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡坐標系中的 橫坐標值，〇 < Xl<N，N表示仿真紅外弱小目標圖像背景的列數(shù)，xii表示紅外弱小目標在 第（i-1)幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡坐標系中的橫坐標值，〇 <XlN，N表示仿真 紅外弱小目標圖像背景的列數(shù)，AX表示紅外弱小目標運動速度，AX在〇〈Ax〈l〇范圍內(nèi)取 值，7,表示紅外弱小目標在第i幀仿真紅外弱小目標圖像背景航跡坐標系中的縱坐標值，〇 <yi彡M，M表示仿真紅外弱小目標圖像背景的行數(shù)，a表示紅外弱小目標航跡的直線模型 的斜率，b表示紅外弱小目標航跡的直線模型的截距，a和b的取值范圍為：0 <aXl+b彡M;
[0033] (6)合成仿真紅外弱小目標圖像：
[0034] (6a)按照下式，設(shè)置仿真紅外弱小目標圖像序列總幀數(shù)：
[0035] 0 <L<min((N-X) /AX，R)
[0036] 其中，L表示仿真紅外弱小目標圖像序列總幀數(shù)，min(?)表示最小值操作，N表示 仿真紅外弱小目標圖像背景的列數(shù)，^表示紅外弱小目標在仿真紅外弱小目標圖像序列第 1幀中的橫坐標值，Ax表示紅外弱小目標運動速度，Ax在0〈Ax〈10范圍內(nèi)取值，R表示 原始紅外圖像背景序列總幀數(shù)；
[003