红外弱小目标检测MPCM加速方法、装置、终端及介质与流程

红外弱小目标检测mpcm加速方法、装置、终端及介质
技术领域
1.本发明涉及目标检测领域，尤其涉及红外目标检测领域，具体涉及一种红外弱小目标检测mpcm加速方法、装置、终端及介质。


背景技术：

2.红外弱小目标检测是被动防御系统中最重要的技术之一。一方面由于噪声干扰，小目标通常被淹没在背景杂波中；另一方面，小目标由于没有明显的形状特征及有用的纹理信息，因此小目标的检测极具挑战性。
3.当前红外弱小目标检测算法主要分为多帧检测和单帧检测，多帧检测利用多帧图像中运动目标的连续性和相关性实现红外小目标检测，而单帧检测主要利用单帧图像，提取小目标在红外图像中的梯度、灰度、对比度等特征，通过目标增强或背景抑制等方式实现弱小目标检测，相比多帧检测，具有复杂度低，执行效率高，便于硬件实现等优点。然而，单帧检测的很多方案都是关注增强对比度的机制，即突出增强目标，抑制背景区域，但是这些基于人类视觉对比度机制的算法还是存在一些缺陷，有的方案不能很好的抑制背景，有的只能增强高亮目标，有的会平滑目标。
4.mpcm(multiscale patch-based contrastmeasure)算法能够很好的计算目标与背景的对比度，无论目标是高亮的还是比背景暗的都会起到较好的检测效果，但是原算法的多尺度计算时速度较慢，对于分辨率稍大一点的图像，达不到实时处理。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提供一种红外弱小目标检测mpcm加速方法、装置、终端及介质，通过降采样对图像进行处理，对降采样后的图像计算pcm，再上采样处理，可提高mpcm算法的处理速度，满足实时处理的要求。
6.第一方面，本发明的技术方案提供一种红外弱小目标检测mpcm加速方法，包括以下步骤：获取当前帧图像，将当前帧图像转换为灰度图，并进行均值滤波得到图像m；对图像m计算pcm，记为第一pcm；对图像m进行金字塔降采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；对各个金字塔降采样后的图像分别计算pcm，获得第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm；分别将第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm对应的对比图进行上采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；基于第一pcm、各上采样后的对比图pcm计算mpcm；根据阈值对mpcm进行二值化，得到目标位置。
7.进一步地，该方法具体包括：利用均值卷积核对图像m进行卷积运算得到尺度图像c3；
将各个金字塔降采样后的图像与均值卷积核进行卷积运算分别得到尺度图像c
n1
、c
n2
、
……
、c
nh
；将单个尺度图像ck记为c，对应c计算（i，j）点的对比度值d
（i，j）
，得到各个pcm；其中k=3、n1、h2
……
nh。
8.进一步地，该方法具体包括通过以下公式计算mpcm：其中，，h为图像的高度，w为图像的宽度。
9.进一步地，对mpcm进行二值化时，阈值为；其中，,为的均值，为的标准差。
10.进一步地，该方法具体包括：采用3*3均值滤波器对灰度图进行均值滤波。
11.第二方面，本发明的技术方案提供一种红外弱小目标检测mpcm加速装置，包括，图像预处理模块：获取当前帧图像，将当前帧图像转换为灰度图，并进行均值滤波得到图像m；降采样模块：对图像m进行金字塔降采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；pcm计算模块：对图像m计算pcm，记为第一pcm；对各个金字塔降采样后的图像分别计算pcm，获得第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm；上采样模块：分别将第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm对应的对比图进行上采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；mpcm计算模块：基于第一pcm、各上采样后的对比图pcm计算mpcm；目标位置确定模块：根据阈值对mpcm进行二值化，得到目标位置。
12.进一步地，pcm计算模块通过以下步骤进行pcm计算：利用均值卷积核对图像m进行卷积运算得到尺度图像c3；将各个金字塔降采样后的图像与均值卷积核进行卷积运算分别得到尺度图像c
n1
、c
n2
、
……
、c
nh
；将单个尺度图像ck记为c，对应c计算（i，j）点的对比度值d
（i，j）
，得到各个pcm；其中k=3、n1、h2
……
nh。
13.进一步地，mpcm计算模块通过以下公式计算mpcm：其中，，h为图像的高度，w为图像的宽度；目标位置确定模块对mpcm进行二值化时，阈值为；其中，,为的均值，为的标准差。
14.第三方面，本发明的技术方案提供一种终端，包括：存储器，用于存储红外弱小目标检测mpcm加速程序；
处理器，用于执行所述红外弱小目标检测mpcm加速程序时实现如上述任一项所述红外弱小目标检测mpcm加速方法的步骤。
15.第四方面，本发明的技术方案提供一种计算机可读存储介质，所述可读存储介质上存储有红外弱小目标检测mpcm加速程序，所述红外弱小目标检测mpcm加速程序被处理器执行时实现如上述任一项所述红外弱小目标检测mpcm加速方法的步骤。
16.本发明提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速方法、装置、终端及介质，相对于现有技术，具有以下有益效果：对获取的图像进行预处理后，除了直接对预处理后的图像计算pcm外，还对图像进行降采样处理，对降采样后的图像再计算pcm，最后基于各个pcm计算mpcm确定出目标。本发明通过降采样对图像进行处理，对降采样后的图像计算pcm，再上采样处理，最后计算mpcm，可提高mpcm算法的处理速度，满足实时处理的要求。
附图说明
为了更清楚的说明本技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明实施例提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速方法流程示意图。
18.图2是本发明实施例提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速方法的一具体实施例流程示意图。
19.图3是3*3均值滤波器模板示意图。
20.图4是滑动窗口结构示意图。
21.图5是本发明实施例提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速方法的一具体实施例检测结果示意图。
22.图6是本发明实施例提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速装置结构示意框图。
23.图7是本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。
具体实施方式
24.以下对本发明涉及的部分术语进行解释。
25.pcm：pathc-based contrast measure，某一尺度下目标的对比度测量方式。
26.mpcm：multiscale patch-based contrast measure，多尺度块对比度方法。
27.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
28.图1是本发明实施例提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速方法流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤。
29.s1，获取当前帧图像，将当前帧图像转换为灰度图，并进行均值滤波得到图像m。
30.从视频拉流获取当前帧图像，基于当前帧图像进行目标检测。首先将图像进行灰度处理，之后对灰度图进行滤波，过滤噪音干扰。用户根据需要选择均值滤波器。
31.s2，对图像m计算pcm，记为第一pcm。
32.将拉流获取的图像经预处理后直接进行pcm计算。
33.s3，对图像m进行金字塔降采样n1倍、n2倍、
……
nh倍。
34.将拉流获取的图像经预处理后进行金字塔降采样处理，当然采取几倍的降采样，用户可根据需要选择，例如对图像m进行金字塔降采样2倍、4倍，基于金字塔降采样2倍、4倍的图像进行后续处理。
35.s4，对各个金字塔降采样后的图像分别计算pcm，获得第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm。
36.对降采样后的图像计算pcm，获得到多个pcm。
37.s5，分别将第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm对应的对比图进行上采样n1倍、n2倍、
……
nh倍。
38.当然，将降采样后的图像计算完pcm后，再进行上采样处理，上采样后再计算mpcm。
39.s6，基于第一pcm、各上采样后的对比图pcm计算mpcm。
40.s7，根据阈值对mpcm进行二值化，得到目标位置。
41.本实施例提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速方法，通过降采样对图像进行处理，对降采样后的图像计算pcm，再上采样处理，最后计算mpcm，可提高mpcm算法的处理速度，满足实时处理的要求。
42.为进一步理解本发明，以下提供一具体实施例对本发明进一步详细说明，图2是该具体实施例流程示意图，如图2所示，该具体实施例包括以下步骤。
43.s1，拉流获取当前帧图像i。
44.s2，将图像i转换为灰度图像g。
45.s3，对灰度图像g进行均值滤波得到图像m。
46.进行均值滤波以过滤掉噪声干扰，例如可以选择3*3均值滤波器，图3是3*3均值滤波器模板。
47.3*3均值滤波器的算法原理是：。
48.s4，利用3*3的均值卷积核，对图像m进行卷积运算得到，分别对图像m进行金字塔降采样2倍、4倍，与均值卷积核进行卷积运算分别得到。
49.s5，卷积运算之后，单个尺度图像(其中k可以设置为3，5，7等)记为c,对应c计算(i,j)点的对比度值，计算公式如下所示：，计算公式如下所示：，；其中，滑动窗口结构如图4所示，t为目标区域，b为背景区域。
50.t,的均值可以由c的坐标值得到，其中t的均值为,的均值为,的均值为,的均值为,的均值为,的均值为,的均值为,的均值为,的均值为
，ksize=3为卷积的尺度，,h,w为图像的高宽，其他金字塔降采样图像的对比度图亦如此计算。
51.s6，对金字塔降采样图像计算完对比图之后，再将对应对比度图进行上采样。
52.s7，根据下面的公式计算原图分辨率尺寸的mpcm:，。
53.s8，根据阈值th对进行二值化，得到目标的位置。
54.其中，，为经验值；为的均值，为的标准差。
55.经测试，综合多个金字塔降采样尺度，在此使用3个尺度，分别是原图像、原图像降采样2倍、原图像降采样4倍，在海思芯片上对于640*640的图像能够达到29.5帧/秒的处理速度，计算mpcm比原始算法速度提升2.4倍，完全能够满足实时检测的要求。检测结果如图5所示，图5中（a）为原图像，（b）为原图pcm，（c）为原图降采样2倍的pcm，（d）为原图像降采样4倍的pcm，（e）为目标校测的结果。
56.上文中对于一种红外弱小目标检测mpcm加速方法的实施例进行了详细描述，基于上述实施例描述的红外弱小目标检测mpcm加速方法，本发明实施例还提供了一种与该方法对应的红外弱小目标检测mpcm加速装置。
57.图6是本发明实施例提供的一种红外弱小目标检测mpcm加速装置结构示意框图，如图6所示，该装置包括：图像预处理模块101、降采样模块102、pcm计算模块103、上采样模块104、mpcm计算模块105和目标位置确定模块106。
58.图像预处理模块101：获取当前帧图像，将当前帧图像转换为灰度图，并进行均值滤波得到图像m。
59.降采样模块102：对图像m进行金字塔降采样n1倍、n2倍、
……
nh倍。
60.pcm计算模块103：对图像m计算pcm，记为第一pcm；对各个金字塔降采样后的图像分别计算pcm，获得第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm。
61.具体地，该模块通过以下步骤进行pcm计算：利用均值卷积核对图像m进行卷积运算得到尺度图像c3；将各个金字塔降采样后的图像与均值卷积核进行卷积运算分别得到尺度图像c
n1
、c
n2
、
……
、c
nh
；将单个尺度图像ck记为c，对应c计算（i，j）点的对比度值d
（i，j）
，得到各个pcm；其中k=3、n1、h2
……
nh。
62.上采样模块104：分别将第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm对应的对比图进行上采样n1倍、n2倍、
……
nh倍。
63.mpcm计算模块105：基于第一pcm、各上采样后的对比图pcm计算mpcm。
64.通过以下公式计算mpcm：；其中，，h为图像的高度，w为图像的宽度。
65.目标位置确定模块106：根据阈值对mpcm进行二值化，得到目标位置。
66.其中阈值，,为的均值，为的标准差。
67.本实施例的红外弱小目标检测mpcm加速装置用于实现前述的红外弱小目标检测mpcm加速方法，因此该装置中的具体实施方式可见前文中的红外弱小目标检测mpcm加速方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。
68.另外，由于本实施例的红外弱小目标检测mpcm加速装置用于实现前述的红外弱小目标检测mpcm加速方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。
69.图7为本发明实施例提供的一种终端700的结构示意图，包括：处理器710、存储器720及通信单元730。所述处理器710用于实现存储器720中保存的红外弱小目标检测mpcm加速程序时实现以下步骤：获取当前帧图像，将当前帧图像转换为灰度图，并进行均值滤波得到图像m；对图像m计算pcm，记为第一pcm；对图像m进行金字塔降采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；对各个金字塔降采样后的图像分别计算pcm，获得第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm；分别将第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm对应的对比图进行上采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；基于第一pcm、各上采样后的对比图pcm计算mpcm；根据阈值对mpcm进行二值化，得到目标位置。
70.本发明通过降采样对图像进行处理，对降采样后的图像计算pcm，再上采样处理，最后计算mpcm，可提高mpcm算法的处理速度，满足实时处理的要求。该终端700包括处理器710、存储器720及通信单元730。这些组件通过一条或多条总线进行通信，本领域技术人员可以理解，图中示出的服务器的结构并不构成对本发明的限定，它既可以是总线形结构，也可以是星型结构，还可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
71.其中，该存储器720可以用于存储处理器710的执行指令，存储器720可以由任何类型的易失性或非易失性存储终端或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（sram），电可擦除可编程只读存储器（eeprom），可擦除可编程只读存储器（eprom），可编程只读存储器（prom），只读存储器（rom），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。当存储器720中的执行指令由处理器710执行时，使得终端700能够执行以下上述方法实施例中的部分或全部步骤。
72.处理器710为存储终端的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子终端的各个部分，通过运行或执行存储在存储器720内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，以执行电子终端的各种功能和/或处理数据。所述处理器可以由集成电路(integrated circuit，简称ic) 组成，例如可以由单颗封装的ic 所组成，也可以由连接多颗相同功能或不同功能的封装ic而组成。举例来说，处理器710可以仅包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)。在本发明实施方式中，cpu可以是单运算核心，也可以包括多运算核心。
73.通信单元730，用于建立通信信道，从而使所述存储终端可以与其它终端进行通信。接收其他终端发送的用户数据或者向其他终端发送用户数据。
74.本发明还提供一种计算机存储介质，这里所说的存储介质可为磁碟、光盘、只读存
储记忆体（英文：read-onlymemory，简称：rom）或随机存储记忆体（英文：randomaccess memory，简称：ram）等。
75.计算机存储介质存储有红外弱小目标检测mpcm加速程序，所述红外弱小目标检测mpcm加速程序被处理器执行时实现以下步骤：获取当前帧图像，将当前帧图像转换为灰度图，并进行均值滤波得到图像m；对图像m计算pcm，记为第一pcm；对图像m进行金字塔降采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；对各个金字塔降采样后的图像分别计算pcm，获得第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm；分别将第n1pcm、第n2pcm、
……
第nhpcm对应的对比图进行上采样n1倍、n2倍、
……
nh倍；基于第一pcm、各上采样后的对比图pcm计算mpcm；根据阈值对mpcm进行二值化，得到目标位置。
76.本发明通过降采样对图像进行处理，对降采样后的图像计算pcm，再上采样处理，最后计算mpcm，可提高mpcm算法的处理速度，满足实时处理的要求。
77.本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中如u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-onlymemory）、随机存取存储器（ram，randomaccess memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台计算机终端（可以是个人计算机，服务器，或者第二终端、网络终端等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
78.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
79.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
80.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
81.以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。