一種小目標探測聲吶圖像的目標檢測方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及圖像數據的增強或復原，特別涉及一種小目標探測聲吶圖像的目標檢 測方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 當前我國針對港口、海岸和艦船等目標的水下防御還處于相當薄弱的階段，尤其 是針對小目標的防御，如蛙人、蛙人運載器和小型AUV等。探測蛙人的成像聲吶一般在 60kHz~IOOkHz之間，無法形成精細的目標圖像，且蛙人由于體積小的原因，在聲吶圖像中 基本上只有數個像素點，無法得到蛙人的輪廓信息，可利用的穩定的信息只有亮度信息。
[0003] 聲吶在成像過程中，由于海底混響，魚群和礁石等原因，會在圖像中產生大量的噪 聲和干擾源，噪聲和干擾源的存在使得本來就微弱的蛙人目標更加難以檢測。由于噪聲的 干擾使得求取的閾值不一定是我們想要的結果。
[0004] 聲吶圖像中的噪聲與背景像素不相關，并且無法在空間域中將其與目標區分開， 在頻域中與目標同屬于高頻分量，噪聲不僅在空間域中的分布具有隨機性，在時間域上的 分布也是不相關的。
[0005] -般的背景差分法或者幀差法，可以去掉圖像中靜止的噪聲，但是對于一幀圖像 中隨機出現的噪聲點則無法有效的去除。如果保留這些噪聲點，在目標跟蹤階段勢必會增 加系統的運算量，不利于實時系統的實現。因此，需要提供一種小目標探測聲吶圖像的目標 檢測方法及裝置。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種小目標探測聲吶圖像的目標檢測方法及裝置，利用水下 小目標的運動特性對聲吶圖像進行去噪的預處理，在不丟失目標的基礎上，盡可能的提高 信噪比，同時減少了后期數據的處理量，為系統的實時數據處理提供了可能性。
[0007] 本發明的目的是由下述技術方案實現的：一種小目標探測聲吶圖像的目標檢測方 法，所述目標檢測方法的步驟包括，
[0008] A、從聲吶設備獲取序列聲吶圖像：匕，f2, f3，…，fn;
[0009] B、得到殘差聲吶圖像fres;
[0010] C、將殘差聲吶圖像fras中的負值舍棄；
[0011] D、對殘差聲吶圖像fras進行補償；
[0012] E、對補償后殘差聲吶圖像f' 進行二值化處理；
[0013] F、對二值化后的殘差聲吶圖像進行區域標記，并且求該區域的中心點，得到一個 包含靜止目標的中心點和運動目標的中心點的數據集S ;
[0014] G、過濾噪聲點，得到一個包含所有運動目標中心點位置信息的數據集T。
[0015] 優選地，步驟B中的殘差聲吶圖像采用幀差法獲得。
[0016] 優選地，步驟D中對殘差聲吶圖像進行補償包括遍歷殘差聲吶圖像，對于殘差 聲吶圖像fras中的非零值U91,山），其中，θ表示角度，d表示距離，Ci1)表示某 個具體點；求該非零值f_( θ P山）在當前幀聲吶圖像fn中的鄰域均值/((U,)，將該鄰域均 值/(iU.)作為補償因子加到殘差聲吶圖像fras中，得到補償后殘差聲吶圖像f'
[0017] 優選地，所述遍歷殘差聲吶圖像通過設置一個5X5的窗口。
[0018] 優選地，步驟E包括修正二值化閾值的步驟和利用修正后的二值化閾值對補償后 殘差聲吶圖像行二值化處理的步驟，其中修正二值化閾值包括根據補償后殘差聲吶 圖像廣_中Θ和d的值將該補償后殘差聲吶圖像f' _劃分為MXN個區域，并對每個區 域設置一個修正因子？1^&=1，2,3，"*，1。= 1，2,3，"*，1，〇<卩1^<1)，其中，0表 示角度，(1表示距離七,。=1^/(1，1^為系數，0<1^<1，(1>1 ;利用修正因子？1^修正二值 化閾值th。
[0019] 優選地，步驟G中過濾噪聲點的方法包括重復步驟A~步驟F獲取連續三個包含 靜止目標的中心點和運動目標的中心點的數據集SI、S2、S3,對于S3中的一個點，若該點與 Sl和S2中的任意一點的歐式距離均大于設定的閥值，則將該點作為隨機噪聲點從S3中舍 棄。
[0020] 優選地，步驟B中的殘差聲吶圖像采用三幀差法獲得。
[0021] 優選地，步驟F中的區域標記采用二次掃描法或種子生長法，所述步驟G中利用動 靜目標分離技術過濾噪聲點。
[0022] 本發明的另一目的是由下述技術方案實現的：一種小目標探測聲吶圖像的目標檢 測裝置，包括：
[0023] 圖像獲取單元，用于從聲吶設備獲取序列聲吶圖像；
[0024] 殘差處理單元，用于得到殘差聲吶圖像；
[0025] 圖像補償單元，用于對殘差聲吶圖像進行補償；
[0026] 二值化處理單元，用于對補償后殘差聲吶圖像進行二值化處理；
[0027] 區域標記單元，用于對二值化后的殘差聲吶圖像進行區域標記，并且求該區域的 中心點，得到一個包含靜止目標的中心點和運動目標的中心點的數據集；
[0028] 數據集獲取單元，用于得到一個包含所有運動目標中心點位置信息的數據集。
[0029] 本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0030] 本發明利用水下小目標的運動特性對聲吶圖像進行去噪的預處理，在不丟失目標 的基礎上，盡可能的提高信噪比，同時減少了后期數據的處理量，為系統的實時數據處理提 供了可能性。
[0031] 以下結合附圖和具體實施例對本發明作詳盡說明。
【附圖說明】
[0032] 圖1是實施例一的流程框圖；
[0033] 圖2是實施例二的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 盡管本發明創造適用于包括【背景技術】部分提到的蛙人、蛙人運載器和小型AUV等 各種小目標，但是為了方便，下面僅以蛙人為例進行說明。
[0035] 實施例一：
[0036] 參見圖1，一種蛙人探測聲吶圖像的目標檢測方法，所述目標檢測方法的步驟如 下，
[0037] A、從聲吶設備獲取序列聲吶圖像，…，fn;其中，η彡1 ;序列聲吶圖像是 按照時間先后順序獲取的多幀聲吶圖像。
[0038] Β、米用幀差法得到殘差聲吶圖像ras= f n+1_fn，n ^ 1 ;
[0039] C、將殘差聲吶圖像fras中的負值舍棄；在本實施例中，通過將殘差聲吶圖像f ras 中的負值置為零，避免因負值參與處理導致聲吶圖像出現重影現象，使聲吶圖像數據更復 雜；
[0040] D、補償因為序列聲吶圖像做差導致的像素亮度降低：設置一個5X5的窗口，使用 該窗口遍歷殘差聲吶圖像fras，對于殘差聲吶圖像f ras中的非零值U Θ p (I1)，其中，Θ表 示角度，d表示距離，fras( Θ y山）表示某個具體點；求該非零值fras( Θ y山）在當前幀聲吶 圖像fn中的鄰域均值/(Θ,4)，將該鄰域均值/(K)作為補償因子加到殘差聲吶圖像Ls中， 得到補償后殘差聲吶圖像f' ras;
[0042] E、對補償后殘差聲吶圖像f' 進行二值化處理；包括修正二值化閾值的步驟和 利用修正后的二值化閾值對補償后殘差聲吶圖像f' _進行二值化處理的步驟，其中修正 二值化閾值包括根據補償后殘差聲吶圖像f'ras中Θ和d的值將該補償后殘差聲吶圖像 f' 劃分為MXN個區域，并對每個區域設置一個修正因子PnJr = 1，2,3，"·，Ν，c = 1， 2,3，…，M，0 < Pw< l)，d值為區域與聲吶之間的距離，Pw= k/d，k為系數，0 < k < 1， d>l;利用修正因子P1^修正二值化閾值th;由于Θ取值在-60°~60°之間，當Θ為 1Γ時，d為最大距離10的矩形框。求fn+1( Θ，d)中對應區域的均值/(r, c)，Pr.t.和/(r，c) 共同決定了 th的取值。
[0043] thr,c=/(r, c) +Pr,c X/(r, c)
[0044] 利用修正后的二值化閾值t、。對補償后殘差聲吶圖像f' 進行對應區域的二值 化處理：
[0046] 通過求取局部灰度均值的方法對殘差聲吶圖像進行亮度補償，并且利用聲吶 圖像的局部均值信息和距離信息修正二值化閾值；在近距離時，如果求得閾值是低閾值，利 用距離信息提高閾值，在遠距離時，如果求得閾值是高閾值，利用距離信息降低門限；避免 了有的位置因局部均值高而采取低閾值后將此區域的亮點淹沒在背景中的問題。