一種水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)發(fā)明涉及圖像處理和水下目標(biāo)探測領(lǐng)域，尤其涉及一種水下小目標(biāo)聲吶圖像 目標(biāo)檢測跟蹤方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前我國針對港口、海岸和艦船等目標(biāo)的水下防御還處于相當(dāng)薄弱的階段，尤其 是針對小目標(biāo)的防御，如蛙人、蛙人運(yùn)載器和小型AUV等。聲吶在成像過程中，由于海底混 響，魚群和礁石等原因，會(huì)在圖像中產(chǎn)生大量的噪聲和干擾源，噪聲和干擾源的存在使得本 來就微弱的水下小目標(biāo)更加難以檢測。
[0003] 聲吶圖像目標(biāo)檢測的目的就是要從復(fù)雜海底混響背景中提取出目標(biāo)區(qū)域，它是圖 像分析的關(guān)鍵步驟。只有在聲吶圖像目標(biāo)準(zhǔn)確檢測的基礎(chǔ)上，才能對水下目標(biāo)進(jìn)行特征提 取和參數(shù)測量，使得更高層次的聲吶圖像分析和識別成為可能。但是由于水下聲場環(huán)境的 復(fù)雜性和聲吶設(shè)備成像的非線性，所采集到的水下聲吶圖像具有對比度低、成像質(zhì)量差、受 噪聲污染嚴(yán)重等特點(diǎn)。由于蛙人等水下小目標(biāo)的目標(biāo)小，信噪比很低，常淹沒在背景噪聲 中，而且目標(biāo)亮度在不同距離上變化較大，大部分的濾波方法和檢測方法效果都不盡如人 Ο
[0004] 傳統(tǒng)的基于邊緣信息或統(tǒng)計(jì)信息的圖像檢測方法難以取得高精度、魯棒性強(qiáng)的目 標(biāo)檢測結(jié)果。采用模板匹配可以在低信噪比下很好的檢測到目標(biāo)，但由于匹配濾波器需要 進(jìn)行相關(guān)操作，而相關(guān)操作屬于窮盡搜索方法，耗費(fèi)大量的時(shí)間用于運(yùn)算，致使聲吶圖像目 標(biāo)檢測的時(shí)間過長，無法滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法和系統(tǒng)，以解決 上述問題。
[0006] 該水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法，包括：
[0007] 獲得以目標(biāo)為中心點(diǎn)的歸一化的模板；
[0008] 獲得當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像；
[0009] 計(jì)算當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)；
[0010] 根據(jù)所述相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)判斷所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板是否相似， [0011] 如果所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板相似，則判定所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像中心 點(diǎn)為當(dāng)前目標(biāo)軌跡的測量點(diǎn)，并繼續(xù)計(jì)算其他包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)或相關(guān) 系數(shù)，
[0012] 如果所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板不相似，則直接計(jì)算其他包含目標(biāo)的圖像與 模板的相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)；
[0013] 獲得起始航跡；
[0014] 利用卡爾曼濾波獲得當(dāng)前目標(biāo)軌跡的預(yù)測點(diǎn)；
[0015] 確定當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)；
[0016] 根據(jù)所述起始航跡和當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)輸出目標(biāo)點(diǎn)軌跡信息。
[0017] 本發(fā)明還公開了一種水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤系統(tǒng)，包括：
[0018] 模板獲取模塊，所述模板獲取模塊用于獲得以目標(biāo)為中心點(diǎn)的歸一化的模板；
[0019] 圖像分割模塊，所述圖像分割模塊用于獲得當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像；
[0020] 相似性判定模塊，所述相似性判定模塊分別與所述模板獲取模塊和圖像分割模塊 相連，用于計(jì)算當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)，并根據(jù)所述相似性 系數(shù)或相關(guān)系數(shù)判斷所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板是否相似，
[0021] 如果所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板相似，則判定所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像中心 點(diǎn)為當(dāng)前目標(biāo)軌跡的測量點(diǎn)，并繼續(xù)計(jì)算其他包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)或相關(guān) 系數(shù)，
[0022] 如果所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板不相似，則直接計(jì)算其他包含目標(biāo)的圖像與 模板的相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)；
[0023] 起始航跡獲取模塊，所述起始航跡獲取模塊用于獲得起始航跡；
[0024] 預(yù)測點(diǎn)獲取模塊，所述預(yù)測點(diǎn)獲取模塊用于利用卡爾曼濾波獲得當(dāng)前目標(biāo)軌跡的 預(yù)測點(diǎn)；
[0025] 目標(biāo)軌跡點(diǎn)獲取模塊，所述目標(biāo)軌跡點(diǎn)獲取模塊分別與所述相似性判定模塊和預(yù) 測點(diǎn)獲取模塊相連，用于確定當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)；
[0026] 輸出模塊，所述輸出模塊分別與所述目標(biāo)軌跡點(diǎn)獲取模塊和起始航跡獲取模塊相 連，用于根據(jù)所述起始航跡和當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)輸出目標(biāo)點(diǎn)軌跡信息。
[0027] 本發(fā)明所公開的水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法，首先對聲吶圖像中的目 標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到一個(gè)以所述目標(biāo)為中心點(diǎn)的歸一化的模板。然后獲得多個(gè)當(dāng)前包含 目標(biāo)的圖像，再利用所述模板和圖像中每一個(gè)當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像（可能是目標(biāo)的區(qū)域） 求取當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)（或相關(guān)系數(shù)），根據(jù)相似性系數(shù)（或相關(guān)系 數(shù)）的大小檢測所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像內(nèi)的像素點(diǎn)是否為可能的目標(biāo)點(diǎn)，并將當(dāng)前包含 目標(biāo)的圖像內(nèi)可能為目標(biāo)點(diǎn)的像素點(diǎn)作為測量點(diǎn)。將利用卡爾曼濾波獲得的當(dāng)前目標(biāo)軌跡 的預(yù)測點(diǎn)與所述測量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，同時(shí)將所述相似性系數(shù)（或相關(guān)系數(shù)）作為數(shù)據(jù)關(guān) 聯(lián)時(shí)的距離度量函數(shù)的加權(quán)系數(shù)，從而確定當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)。最后根據(jù)采用兩點(diǎn)外 推法獲得的起始航跡和當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并輸出。本發(fā)明所公 開的水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法采用模板匹配和相似性系數(shù)結(jié)合的方法，可以 極大地節(jié)約運(yùn)算時(shí)間，滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
【附圖說明】
[0028] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實(shí)施 例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅 僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0029] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例所公開的水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法流程圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例所公開的水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032] 本分明實(shí)施例公開了一種水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法，如圖1所示， 該方法包括：
[0033] 獲得以所述目標(biāo)為中心點(diǎn)的歸一化的模板。
[0034] 獲得當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像。
[0035] 計(jì)算當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)。
[0036] 根據(jù)所述相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)判斷所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板是否相似， 如果所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板相似，則判定所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像中心點(diǎn)為當(dāng)前 目標(biāo)軌跡的測量點(diǎn)，并繼續(xù)計(jì)算其他包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)，如 果所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板不相似，則直接計(jì)算其他包含目標(biāo)的圖像與模板的相似 性系數(shù)或相關(guān)系數(shù)。
[0037] 獲得起始航跡。
[0038] 利用卡爾曼濾波獲得當(dāng)前目標(biāo)軌跡的預(yù)測點(diǎn)。
[0039] 將測量點(diǎn)和預(yù)測點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，確定當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)。
[0040] 根據(jù)所述起始航跡和當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)輸出目標(biāo)點(diǎn)軌跡信息。
[0041] 本發(fā)明所公開的水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法，首先對聲吶圖像中的目 標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到一個(gè)以所述目標(biāo)為中心點(diǎn)的歸一化的模板。然后獲得多個(gè)當(dāng)前包含 目標(biāo)的圖像，再利用所述模板和圖像中每一個(gè)當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像（可能是目標(biāo)的區(qū)域） 求取當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像與模板的相似性系數(shù)（或相關(guān)系數(shù)），根據(jù)相似性系數(shù)（或相關(guān)系 數(shù)）的大小檢測所述當(dāng)前包含目標(biāo)的圖像內(nèi)的像素點(diǎn)是否為可能的目標(biāo)點(diǎn)，并將當(dāng)前包含 目標(biāo)的圖像內(nèi)可能為目標(biāo)點(diǎn)的像素點(diǎn)作為測量點(diǎn)。將利用卡爾曼濾波獲得的當(dāng)前目標(biāo)軌跡 的預(yù)測點(diǎn)與所述測量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，同時(shí)將所述相似性系數(shù)（或相關(guān)系數(shù)）作為數(shù)據(jù)關(guān) 聯(lián)時(shí)的距離度量函數(shù)的加權(quán)系數(shù)，從而確定當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)。最后根據(jù)采用兩點(diǎn)外 推法獲得的起始航跡和當(dāng)前圖像的目標(biāo)軌跡點(diǎn)得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并輸出。本發(fā)明所公 開的水下小目標(biāo)聲吶圖像目標(biāo)檢測跟蹤方法采用模板匹配和相似性系數(shù)結(jié)合的方法，可以 極大地節(jié)約運(yùn)算時(shí)間，滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
[0042] 其中，獲得以所述目標(biāo)為中心點(diǎn)的歸一化的模板是通過利用不同距離上的目標(biāo)亮 度信息獲得的，具體過程包括：
[0043] 構(gòu)造一個(gè)大小為ηΧη的矩形窗口，所述矩形窗口將聲吶圖像分割成多個(gè)區(qū)域，便 于后續(xù)的模板建立。
[0044] 利用所述窗口提取聲吶圖像中不同距離上的目標(biāo)的區(qū)域A= {area^area；；，… ，areat}，其中，t為目標(biāo)區(qū)域的個(gè)數(shù)。
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