红外图像序列中运动目标检测与跟踪技术研究

论文摘要

精确制导武器的发展对精确制导信息处理技术的要求越来越高,而后者已成为制约武器发展的关键因素之一。同时,红外图像序列中运动目标检测与跟踪是精确制导信息处理技术的重要研究课题。本文根据红外成像制导的基本特征、制导信息处理方法研究的发展现状、存在的主要问题以及工程实际应用的基本要求,在红外图像预处理、帧间全局运动估计、运动目标检测和跟踪等方面进行了系统的研究。本文的主要工作及研究成果如下:(1)针对红外图像的预处理问题,对几种常见的背景抑制方法进行了比较,并根据课题特点对算法进行了改进;(2)根据图像序列相邻帧之间状态的连续性,提出了基于自适应模板匹配的帧间全局运动估计算法,对传统的模板匹配算法的模板更新和匹配准则等环节进行了改进,并对红外图像相邻帧进行了运动补偿;(3)在红外图像预处理、帧间全局运动估计及运动补偿的基础上,本文提出了基于隔帧图像差分相乘的运动目标检测算法,并对实拍的红外图像序列进行了仿真,取得了较好的运动目标检测效果;(4)在分析目标运动特性的基础上,使用交互多模卡尔曼(IMM Kalman)滤波器进行了运动目标的状态滤波,取得了较好的运动目标跟踪结果。仿真结果表明,本文所提的算法能以较小的资源消耗有效地解决红外图像序列中运动目标检测与跟踪的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 红外运动目标检测与跟踪技术现状
• 1.2.1 红外图像预处理
• 1.2.2 帧间全局运动估计
• 1.2.3 小目标检测
• 1.2.4 小目标跟踪
• 1.3 本文所做的主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 红外图像预处理
• 2.1 图像信噪比定义
• 2.2 背景抑制
• 2.2.1 二维中值滤波法
• 2.2.2 非线性均值滤波法
• 2.2.3 梯度倒数加权滤波法
• 2.2.4 改进的非线性均值滤波算法
• 2.2.5 仿真结果与性能分析
• 2.3 噪声滤除
• 2.3.1 自适应滤波原理
• 2.3.2 性能分析
• 2.3.3 算法仿真
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于自适应模板匹配的帧间全局运动估计
• 3.1 引言
• 3.2 图像序列帧间全局运动模型
• 3.3 基于自适应模板匹配的帧间全局运动估计方法
• 3.3.1 算法原理
• 3.3.2 模板选择策略
• 3.3.3 模板匹配准则
• 3.3.4 搜索策略
• 3.4 算法仿真
• 3.4.1 连续抽取两帧图像进行帧间全局运动估计和补偿
• 3.4.2 红外图像序列稳定
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于隔帧图像差分相乘的运动目标检测算法
• 4.1 引言
• 4.2 信号模型与相关假定
• 4.3 进行多帧积累检测的必要性
• 4.4 基于隔帧图像差分相乘的运动目标检测算法
• 4.4.1 隔帧图像差分相乘原理
• 4.4.2 候选目标点集的选取
• 4.4.3 目标帧间运动范围的确定
• 4.4.4 目标轨迹关联与位置预测
• 4.5 仿真分析
• 4.5.1 隔帧图像差分相乘
• 4.5.2 图像序列中运动目标检测
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于交互多模卡尔曼滤波的运动目标跟踪算法
• 5.1 引言
• 5.2 运动目标跟踪算法概述
• 5.2.1 运动目标跟踪算法框架
• 5.2.2 目标位置预测方法
• 5.3 基于交互多模卡尔曼滤波的运动目标跟踪算法
• 5.3.1 交互多模（IMM）算法
• 5.3.2 交互多模卡尔曼（IMM Kalman）滤波
• 5.4 蒙特卡洛仿真与结果分析
• 5.4.1 交互多模卡尔曼滤波算法总体流程
• 5.4.2 模拟场景中运动目标跟踪
• 5.4.3 红外图像序列中运动目标跟踪
• 5.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间已撰写和发表的论文