红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像序列仿真方法

摘要

本发明公开了一种红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像序列仿真方法，主要用来生成大量测试红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像场景。其方法实现包括：采集图像背景并仿真目标图像背景，创建目标模型，设置目标航迹，合成目标图像，设置抖动参数，生成抖动偏移量，计算抖动后成像行数，计算抖动后成像信号，生成抖动目标图像，输出红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像序列。本发明具有计算量小，红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像真实度高，纹理细节特征丰富并且红外弱小目标大小，红外弱小目标信噪比，红外弱小目标运动速度，红外弱小目标航迹，红外面阵相机抖动参数可控制的优点。

主权项

一种红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像序列仿真方法，包括如下步骤：(1)采集红外图像背景：(1a)使用红外热像仪采集真实红外图像背景序列，得到原始红外图像背景序列；(1b)将原始红外图像背景序列的帧数i赋值为1；(2)仿真红外弱小目标图像背景：(2a)读入原始红外图像背景序列中第i帧原始红外图像背景，0＜i≤R,R表示原始红外图像背景序列总帧数；(2b)设置第i帧原始红外图像背景裁剪的起始行和起始列；(2c)裁剪第i帧原始红外图像背景，得到大小为M×N的仿真红外弱小目标图像背景，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，要求0≤M≤A，0≤N≤B，A表示原始红外图像背景序列中每一帧图像的行数，B表示原始红外图像背景序列中每一帧图像的列数；(3)对仿真红外弱小目标图像背景边缘进行镜像扩展；(4)创建红外弱小目标模型：(4a)设置红外弱小目标信噪比D，D在0＜D≤20范围内取整数值；(4b)按照下式，计算红外弱小目标像素灰度值：s＝D×σ+μ其中，s表示红外弱小目标像素灰度值，D表示所设定的红外弱小目标信噪比，σ表示以红外弱小目标型心为中心局部邻域内所有像素的标准差，μ表示以红外弱小目标型心为中心局部邻域范围内所有像素的均值；(4c)将红外弱小目标的大小设置为m×m像素，其中，m在0＜m≤10范围内取整数值；(5)设置红外弱小目标航迹：(5a)将红外弱小目标运动速度设置为Δx像素/帧，其中，Δx在0<Δx<10范围内取值；(5b)将第i帧仿真红外弱小目标图像背景左上角顶点的像素点作为原点，水平向右方向作为x轴，垂直向下方向作为y轴，建立第i帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系；(5c)判断仿真红外弱小目标图像背景帧数是否为1，如果是，执行步骤(5d)；否则，执行步骤(5e)；(5d)将红外弱小目标在第1帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的横坐标值设置为x₁,0＜x₁≤N，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，按照下式，建立第1帧仿真红外弱小目标图像背景航迹的直线模型：y₁＝ax₁+b其中，y₁表示红外弱小目标在第1帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的纵坐标值，0＜y₁≤M，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数，x₁表示红外弱小目标在第1帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的横坐标值,0＜x₁≤N，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，a表示仿真红外弱小目标图像背景航迹的直线模型的斜率，b表示仿真红外弱小目标图像背景航迹的直线模型的截距，a和b的取值范围为：0＜ax₁+b≤M，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数；(5e)按照下式，建立除第1帧以外的仿真红外弱小目标图像背景航迹的直线模型：$\left\{\begin{array}{c}{x}_i=x_{i-1}+\Delta x\\ y_i={\mathrm{ax}}_i+b\end{array}\right.$其中，x_i表示红外弱小目标在第i帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的横坐标值，0＜x_i≤N，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，x_i‑1表示红外弱小目标在第(i‑1)帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的横坐标值，0＜x_i‑1≤N，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，Δx表示红外弱小目标运动速度，Δx在0<Δx<10范围内取值，y_i表示红外弱小目标在第i帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的纵坐标值，0＜y_i≤M，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数，a表示红外弱小目标航迹的直线模型的斜率，b表示红外弱小目标航迹的直线模型的截距，a和b的取值范围为：0＜ax_i+b≤M；(6)合成仿真红外弱小目标图像：(6a)按照下式，设置仿真红外弱小目标图像序列总帧数：0＜L≤min((N‑x₁)/Δx,R)其中，L表示仿真红外弱小目标图像序列总帧数，min(·)表示最小值操作，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，x₁表示红外弱小目标在仿真红外弱小目标图像序列第1帧中的横坐标值，Δx表示红外弱小目标运动速度，Δx在0<Δx<10范围内取值，R表示原始红外图像背景序列总帧数；(6b)将步骤(4b)中红外弱小目标像素灰度值s赋值给m×m像素块内像素，m×m像素块是以(x_i，y_i)为红外弱小目标型心的像素块，m在0＜m≤10范围内取整数值，得到仿真红外弱小目标图像，x_i表示红外弱小目标在第i帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的横坐标值，0＜x_i≤N，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，y_i表示红外弱小目标在第i帧仿真红外弱小目标图像背景航迹坐标系中的纵坐标值，0＜y_i＜M，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数；(7)创建红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像矩阵：(7a)创建大小为M×N的红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像矩阵P，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数,N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数；(7b)将第i帧仿真红外弱小目标图像行数j赋值为1，1≤j≤M，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数；(8)设置红外面阵相机抖动参数：(8a)设置红外面阵相机抖动参数中的均值为μ，0≤μ≤2；(8b)设置红外面阵相机抖动参数中的标准差为σ，0.5≤3σ≤2；(9)生成抖动偏移量：生成服从均值为μ，标准差为σ的正态分布函数的第i帧仿真红外弱小目标图像的抖动偏移量h_i；(10)按照下式，计算第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像行数：Q_j＝j+h_i其中，Q_j表示第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像行数，j表示第i帧仿真红外弱小目标图像行数，h_i表示第i帧仿真红外弱小目标图像的抖动偏移量；(11)计算抖动后成像信号：(11a)判断第i帧仿真红外弱小目标图像的抖动偏移量h_i是否大于0，若是，执行步骤(11b)；否则，执行步骤(11c)；(11b)按照下式，计算第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像信号：P_j＝V_k×(1‑z)+V_k+1×z其中，P_j表示第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像信号，V_k表示第i帧仿真红外弱小目标图像第k行成像信号，k表示第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像行数Q_j的整数部分,z表示第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像行数Q_j的小数部分，V_k+1表示第i帧仿真红外弱小目标图像第(k+1)行成像信号；(11c)按照下式，计算第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像信号：P_j＝V_k×(1‑z)+V_k‑1×z其中，P_j表示第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像信号，V_k表示第i帧仿真红外弱小目标图像第k行成像信号，k表示第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像行数Q_j的整数部分,z表示第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像行数Q_j的小数部分，V_k‑1表示第i帧仿真红外弱小目标图像第(k‑1)行成像信号；(12)将第i帧仿真红外弱小目标图像第j行抖动后成像信号P_j赋值给红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像矩阵P第j行；(13)对第i帧仿真红外弱小目标图像行数j进行累加1操作；(14)判断第i帧仿真红外弱小目标图像行数j是否等于M+1，若是，执行步骤(15)；否则，执行步骤(10)；其中，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数；(15)存储红外面阵相机抖动的仿真红外弱小目标图像矩阵P；(16)对仿真红外弱小目标图像背景帧数i进行累加1操作；(17)判断累加1后仿真红外弱小目标图像背景帧数i是否等于仿真红外弱小目标图像序列总帧数(L+1)，如果是，执行步骤(18)；否则，执行步骤(2)；(18)输出红外面阵相机抖动的红外弱小目标图像序列。