采用三层模板局部差异度量的红外弱小目标检测

穆靖; 李伟华; 饶俊民; 李范鸣; 卫红

doi:10.37188/OPE.20223007.0869

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采用三层模板局部差异度量的红外弱小目标检测

信息科学 | 更新时间：2022-04-22

- 采用三层模板局部差异度量的红外弱小目标检测
- Infrared small target detection using tri-layer template local difference measure
- 光学精密工程 2022年30卷第7期页码：869-882
- 作者机构：
  
  1.中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
  2.中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
  3.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
  
  [ "穆　靖（1996-），女，山东菏泽人，博士研究生，2018年于山东大学获得学士学位，主要从事红外弱小目标检测、多目标轨迹匹配的研究。E-mail：mujing@mail.sitp.ac.cn" ]
  [ "李范鸣（1969-），男，上海人，研究员，博士生导师，1992年于中国科学院上海技术物理研究所获得博士学位，主要从事红外光电系统工程、多维信息获取及微弱目标探测的研究。E-mail：lfmjws@163.com" ]
  [ "卫　红（1969-），女，山西人，正高级工程师，硕士生导师，2005年于中国科学院上海技术物理研究所获得博士学位，主要从事红外光电系统、目标红外特性和目标探测定位的研究。E-mail：red_weihong@163.com" ]
- 基金信息：
  
  上海市现场物证重点实验室基金资助项目(2017XCWZK08);中国科学院上海技术物理研究所创新专项基金资助项目(CX-267)
- DOI：10.37188/OPE.20223007.0869
  中图分类号： TP391.4
- 收稿日期：2021-10-15，
  
  修回日期：2021-11-17，
  
  纸质出版日期：2022-04-10
- 稿件说明：
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穆靖,李伟华,饶俊民等.采用三层模板局部差异度量的红外弱小目标检测[J].光学精密工程,2022,30(07):869-882.

MU Jing,LI Weihua,RAO Junmin,et al.Infrared small target detection using tri-layer template local difference measure[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(07):869-882.
穆靖,李伟华,饶俊民等.采用三层模板局部差异度量的红外弱小目标检测[J].光学精密工程,2022,30(07):869-882. DOI： 10.37188/OPE.20223007.0869.

MU Jing,LI Weihua,RAO Junmin,et al.Infrared small target detection using tri-layer template local difference measure[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(07):869-882. DOI： 10.37188/OPE.20223007.0869.

摘要

针对现有算法在复杂背景下虚警率高、实时性差的缺陷，提出了一种基于三层模板局部差异度量的单帧红外弱小目标检测算法。提出三层模板的构造方式，充分利用模板不同层之间灰度分布的差异，提出灰度差异度量和方差差异度量相结合的三层模板局部差异度量算法，同时实现了目标增强与背景抑制，最后采用自适应阈值分割算法从显著性图中提取待检测目标。实验结果表明，所提算法只需使用固定尺寸的三层模板遍历一次图像即可实现对不同尺寸目标的检测，不仅避免了由多尺度运算导致的算法复杂度的提升，而且防止了由区域交叠造成的目标漏检。使用公开数据集SIRST进行测试，与现有8种算法对比，本文算法的信杂比增益平均提高了7.7倍，背景抑制因子平均提高了3.9倍，且具有更好的实时性。

Abstract

Current algorithms suffer from high false alarm rates and poor real-time performance in complex backgrounds. Therefore， a single-frame infrared small target detection algorithm based on the tri-layer template local difference measure was proposed. A tri-layer template was constructed. Then， by making full use of the disparity in grayscale distribution between different layers， a tri-layer template local difference measure combining the grayscale difference and grayscale variance measures was proposed， which simultaneously achieved target enhancement and background suppression. Finally， an adaptive threshold segmentation method was applied to extract the targets from the saliency map. The experimental results show that the proposed algorithm only needs to traverse the image by a fixed-scale tri-layer template to detect targets with different sizes. This not only avoided the increase in complexity caused by multi-scale operation， but also prevented missed detection caused by regional overlap. Eight methods were operated on the public dataset SIRST. The experimental results show that the signal to clutter gain and background suppression factor of the proposed algorithm are improved by 7.7 times and 3.9 times on average， respectively. In addition， the proposed algorithm achieves better real-time performance compared to existing algorithms.

关键词

Keywords

references

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