第37卷第2期激光与红外Vol.37,No.22007年2月LASER&INFRAREDFebruary,2007文章编号:100125078(2007022*******红外图像中弱小目标检测前跟踪算法研究综述张长城,杨德贵,王宏强(国防科技大学电子科学与工程学院,空间电子信息技术研究所,湖南长沙410073摘要:文中分析了低信噪比复杂背景中红外弱小目标检测与跟踪的难点,比较了DBT与TBD两种检测与跟踪算法的性能,分析了TBD的检测机理,总结了典型的TBD方法,展望了TBD的发展。关键词:红外;弱小目标;低信噪比;复杂背景;检测前跟踪中图分类号:TP751文献标识码:AAlgorithmSurveysforDimTargetsTrack2before2detectinInfraredImageZHANGChang2cheng,YANGDe2gui,WANGHong2qiang(InstituteofSpaceElectronicTechnology,CollegeofElectricScienceandEngineering,NUDT,Changsha410073,ChinaAbstract:Thedifficultiesofdimtargetdetectionareanalyzedinthepaper.TheperformancesofDBTandTBDarecompared,andthetheoryofTBDareanalyzed.ThemainmethodsofTBDaresummarized.Intheend,promisingdi2rectionofthefieldofTBDispredicted.Keywords:infrared;dimtarget;lowSNR;complicatedbackground;TBD1引言现代战争要求红外探测系统能远距离发现、跟踪威胁目标,为指挥系统决策和武器系统赢得时间。红外探测系统采用被动方式工作,具有较强的抗干扰能力,隐蔽性好,但作用距离短。由于光学系统的空间分辨率已做到或接近理论极限水平[1],比较实际的方法就是通过提高目标检测算法性能,尤其是弱小目标的检测性能,“”“”弥补红外探测系统作用距离短的不足。弱和小指的是目标属性的两个方面,“”所谓弱是指目标红外辐射的强度,反映到图像上是指目标的灰度;“”所谓小是指目标的尺寸,反映到图像上是指目标所占的像素数[2]。红外弱小目标检测识别难点是:对比度较低、边缘模糊、信号强度弱,缺乏纹理、形状、大小等结构信息,目标极易被噪声所淹没,单帧检测虚警率高,多帧处理增加了数据的存储量和计算量,固定的模板和算子很难有效检测弱小目标。因而,红外弱小目标检测与跟踪问题成为当前研究的一个热点问题。本文在综合国内外近年来对红外弱小目标检测与跟踪研究成果基础上,根据检测与跟踪关系,对TBD(track2before2detect和DBT(detect2before2track两类算法性能进行了比较,分析了检测前跟踪算法机理,重点研究了TBD技术,并指出TBD技术的发展方向。2检测算法机理经典的小目标检测与跟踪方法是DBT,即先根据检测概率和虚警概率计算单帧图像的检测门限,然后对每帧图像进行分割,并将目标的单帧检测结果与目标运动轨迹进行关联,最后进行目标跟踪。算法流程如图1所示。图1先检测后跟踪算法流程基金项目:国防预研基金(51401010405KG0170;国防装备预先研究项目(413010701-2。作者简介:张长城(1976-,男,国防科技大学硕士研究生,主要研究方向为红外图像采集处理及目标识别等。收稿日期:2006205231;修订日期:2006207205DBT方法流程直观,算法简单,在信噪比较高(>10dB时检测效果较好,而在低信噪比复杂背景中将会失效[3],这是由于在低信噪比条件下获取的小目标与背景的灰度相差不大,在目标分割时,如果检测门限过低,会把一部分背景当成目标,检测门限过高,则有可能造成目标丢失[4]。目前人们较多采用TBD方法来检测图像中低信噪比弱小目标,这种方法对单帧图像中有无目标先不进行判断,而是先对图像中较多的可能轨迹同时进行跟踪,然后根据检测概率、虚警概率和信噪比计算出多帧图像的检测门限进行决策。在低信噪比情况下,TBD的检测性能优于DBT,二者性能比较如表1所示。表1DBT与TBD检测性能比较跟踪前检测方法(DBT检测前跟踪方法(TBD优点1先进行单帧检测2算法简单3实现容易1虚警概率低,检测概率高2抗干扰能力强3适用于低信噪比的弱小目标缺点1抗干扰能力差2虚警概率高,检测概率低3适用于信噪比较高的小目标1需要多帧检测,算法复杂2计算量大,存储量大3硬件实现较难TBD方法概括起来包含三个步骤(如图2所示:一是背景抑制,通过滤波将红外图像低频和高频部分进行分离,提高信噪比,尽可能抑制原始图像中的低频背景杂波干扰;二是可疑目标跟踪,利用相邻几帧中目标的运动信息来分割可能目标,从背景抑制后...