中科院光電所在弱小目標(biāo)跟蹤測量研究中取得進(jìn)展
隨著光電技術(shù)的飛速發(fā)展,成像探測系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、天文目標(biāo)跟蹤等領(lǐng)域。弱小目標(biāo)的跟蹤測量技術(shù)是成像探測系統(tǒng)的重點研究方向之一,算法跟蹤測量性能的好壞直接影響系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離探測能力。
從成像探測系統(tǒng)的兩個應(yīng)用背景來看,弱小目標(biāo)跟蹤測量面臨的難點主要有兩個:一是航空導(dǎo)航是成像探測系統(tǒng)最早也是最成功的應(yīng)用領(lǐng)域,由于航空器與成像系統(tǒng)距離較遠(yuǎn),目標(biāo)在成像平面上僅占有幾個像元,加上成像系統(tǒng)接收到的目標(biāo)輻射強度很弱,且易受各種噪聲雜波的干擾;二是天文目標(biāo)跟蹤也是成像探測系統(tǒng)的一個重要應(yīng)用。在天文觀測時,由于目標(biāo)能量較弱,基本上被噪聲淹沒,信噪比低,并且目標(biāo)出現(xiàn)的位置、大小和速度均未知,加上無紋理等特征可以利用,這些因素給弱小目標(biāo)跟蹤測量帶來極大的挑戰(zhàn),同時由于天文圖像數(shù)據(jù)量大,及時有效地處理這些海量數(shù)據(jù),需要借助于圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘、信號處理等信息處理技術(shù)。上述應(yīng)用領(lǐng)域,由于各種客觀因素的存在將導(dǎo)致目標(biāo)易被背景雜波淹沒,因此弱小目標(biāo)跟蹤測量算法的好壞將直接決定光電成像系統(tǒng)的有效作用距離。 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所光電探測與信號處理研究室研究團(tuán)隊致力于光電成像目標(biāo)的檢測與跟蹤算法的研究。針對低信噪比場景下弱小目標(biāo)跟蹤測量問題,課題組提出了改進(jìn)的粒子濾波跟蹤方法:首先通過空間位置加權(quán)的方式來獲取灰度特征,并將鄰域運動模型和灰度概率圖相結(jié)合來獲取弱小目標(biāo)運動特征,然后構(gòu)建灰度與運動特性的聯(lián)合觀測模型來計算粒子權(quán)值。同時在跟蹤測量過程中考慮到目標(biāo)的灰度分布特性并不穩(wěn)定,加入了自適應(yīng)更新參考目標(biāo)灰度模板的策略,最后采用幾組場景來驗證本文算法的跟蹤測量效果。實驗證明,和傳統(tǒng)算法相比,該算法增強了低信噪比場景下弱小目標(biāo)跟蹤測量能力。 近兩年該課題組取得的最新研究成果包括基于L1-L0的生物活體組織圖像的自動分割與分析技術(shù),管徑自適應(yīng)的時空域濾波的弱小目標(biāo)檢測算法,序列圖像局部能量極大值的弱小目標(biāo)檢測算法,樣本自適應(yīng)免疫遺傳粒子濾波弱小目標(biāo)跟蹤算法,改進(jìn)粒子濾波弱小目標(biāo)跟蹤等,相應(yīng)內(nèi)容發(fā)表在Biomedical Optics Express和Infrared Physics and Technology 等期刊上。 跟蹤測量結(jié)果圖: (a) 第1幀;(b) 運動模型圖;(c) 跟蹤測量圖 該研究相關(guān)論文發(fā)表在《光電工程》2018年第8期上,引用格式如下:樊香所, 徐智勇, 張建林. 改進(jìn)粒子濾波的弱小目標(biāo)跟蹤[J]. 光電工程, 2018, 45(8): 170569. DOI: 10.12086/oee.2018.170569。 |
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