景： (la) 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； (lb) 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，O < 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MXN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 A，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 = DX 〇 + u 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，〇表示 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，y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mXm像素，其中，m在0 <m彡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Ax像素/帧，其中，Ax在0〈Ax〈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Xl，〇 < Xl< 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= ax j+b 其中，7: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，〇 < M，M表示仿真红外弱小目标图像背景的行数，X :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 < Xl< 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 < aXl+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：其中，^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，〇 < X1S N，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，X i i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，〇 < X1 N，N表示仿真红 外弱小目标图像背景的列数，Ax表示红外弱小目标运动速度，Ax在〇〈A x〈l〇范围内取 值，7,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，〇 < Y1彡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 < aXl+b彡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： O < L < min ((N-X1) / A X，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，^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，Ax表示红外弱小目标运动速度，A x在0〈Ax〈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mXm像素块内像素，mXm像素 块是以（Xpy1)为红外弱小目标型心的像素块，m在0<m彡10范围内取整数值，得到仿真 红外弱小目标图像，^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 < Xl< N，N表示仿真红外弱小目标图像背景的列数，y廣示红外弱小目 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 < yx< M，M表示仿真 红外弱小目标图像背景的行数； (7) 对仿真红外弱小目标图像背景帧数i进行累加1操作； (8) 判断累加1后仿真红外弱小目标图像背景帧数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（9);否则，执行步骤（2); (9) 输出仿真红外弱小目标图像序列。2. 根据权利要求1所述的基于均值模型的红外弱小目标图像序列仿真方法，其特征在 于，步骤（2b)中所述的第i帧原始红外图像背景裁剪的起始行和起始列的取值范围是，第i 帧原始红外图像背景裁剪的起始行大于0小于原始红外图像背景的行数，第i帧原始红外 图像背景裁剪的起始列大于〇小于原始红外图像背景的列数。3. 根据权利要求1所述的基于均值模型的红外弱小目标图像序列仿真方法，其特征在 于，步骤（3)中所述的仿真红外弱小目标图像背景边缘镜像扩展的具体步骤如下： 第1步，将镜像扩展图像矩阵初始化为（M+2t)X(N+2t)，得到扩展图像矩阵，其中，t表 示仿真红外弱小目标图像背景扩展的宽度，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，〇〈t〈min(M/4, N/4)，min(?)表示最小值操作； 第2步，将仿真红外弱小目标图像背景赋值到扩展图像矩阵的第t+1行至t+M行， 第t+1列至t+N列的范围内，将扩展图像矩阵第2t+l至t+1行数据分别赋值到扩展图像 矩阵第1至t行，将扩展图像矩阵第M至t+M行数据分别赋值到扩展图像矩阵第2t+M至 t+M+1行，将扩展图像矩阵第2t+l至t+1列数据分别赋值到扩展图像矩阵第1至t列， 将扩展图像矩阵第N至t+N列数据分别赋值到扩展图像矩阵第2t+N至t+N+1列，得到 扩展仿真红外弱小目标图像背景，其中，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，t表示仿真红外弱小目标图像背景扩展的宽度， 0〈t〈min (M/4, N/4)，min ( ?)表示最小值操作。4.根据权利要求1所述的基于均值模型的红外弱小目标图像序列仿真方法，其特征在 于，步骤（5a)中所述的红外弱小目标运动速度是指，红外弱小目标图像序列中相邻两帧间 红外弱小目标横坐标的差值。
【专利摘要】本发明公开了一种基于均值模型的红外弱小目标图像序列仿真方法。具体步骤包括：1.采集图像背景；2.仿真目标图像背景；3.镜像扩展；4.创建目标模型；5.设置目标航迹；6.合成目标图像；7.对仿真红外弱小目标图像背景帧数i进行累加1操作；8.判断累加1后仿真红外弱小目标图像背景帧数是否等于仿真红外弱小目标图像序列总帧数L，如果是，执行步骤9；否则，执行步骤2；9.输出仿真红外弱小目标图像序列。本发明具有计算量小，仿真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，红外弱小目标航迹可控制的优点。
【IPC分类】G06T11/00
【公开号】CN105139433
【申请号】CN201510473934
【发明人】周慧鑫, 赵东, 王炳健, 庞英名, 秦翰林, 荣生辉, 李肖, 成宽洪, 钱琨, 赵营, 倪曼, 殷宽
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月5日