CN107742282A - 基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法，将二阶Butterworth滤波器和方向滤波器进行融合，得到一种方向抑制的高通滤波器，在有效抑制背景起伏，提高目标的检测率的同时，削弱了恒星叠加线的“珍珠串效应”对目标检测的影响，有效减少目标检测中出现虚检的问题。不仅能够抑制叠加图像的背景起伏，有效提高检测率，而且可以削弱恒星叠加线所产生的“珍珠串效应”对光团目标检测的影响，减少检测中出现虚检的问题。

Description

基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法

技术领域

本发明属于图像中弱小目标检测技术领域，具体涉及一种基于主方向抑制高通滤波器的图像预处理技术。

背景技术

在深空探测系统采用目标跟踪模式时，即探测系统按照目标的运动方式进行跟踪，目标的成像呈高斯斑点状，深空中的恒星会呈现出拖尾状。并且当跟踪参数较精确时，待检测的弱小目标在图像中位置基本不变。但是，当背景中的噪声很强时，单帧图像中的弱小目标比较弱，很难被检测到。假设背景随机噪声服从同一分布，则可以通过叠加的方式来削弱噪声，目标的信噪比会通过叠加的方式会得到增强。

若在序列叠加图像上，前后恒星拖尾线会首尾相连，形成长长的恒星线，在恒星线上前后帧重叠处会出现很多凸起，其形状非常像一串珍珠。因此，将这种效应为“珍珠串效应”。受此效应影响，在目标检测中会出现虚警的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于主方向抑制高通滤波器的图像预处理技术，该发明不仅能够抑制叠加图像上的起伏背景，而且能够消除恒星线叠加所形成的“珍珠串效应”，能够有效提高后续目标检测算法的检测率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于主方向抑制高通滤波器的图像预处理方法，包括以下步骤：

步骤1：对输入的叠加图像进行傅里叶变换；

步骤2：将二阶Butterworth滤波与方向滤波进行融合，设计一种主方向抑制高通滤波器；

步骤3：采用步骤2设计好的滤波器对步骤1得到的叠加图像的傅里叶变换结果进行滤波处理；

步骤4：将步骤3得到的滤波结果进行傅里叶反变换，得到起伏背景和“珍珠串”效应都被抑制的预处理后的叠加图像；

所述步骤2中，所述滤波器的表达式为：

其中，θ₀为图像逆时针旋转的角度，D_D0为主方向抑制滤波的截止频率，D_H0为高通滤波的截止频率。u、v分别为傅里叶变换后频谱的坐标，其中频谱幅值只受u值影响，而频谱相位与v值相关。P和Q为傅里叶变换后频谱图像的尺寸，D(u,v)频谱图像中位置(u,v)处的值；

所述步骤4中，最终经过预处理后的叠加图像的计算公式为：

其中，f(x,y)为输入的叠加图像，g(x,y)为预处理后的结果图像，和分别为拉普拉斯变换和拉普拉斯反变换。

本发明的方法将二阶Butterworth滤波器和方向滤波器进行融合，得到一种方向抑制的高通滤波器，在有效抑制背景起伏，提高目标的检测率的同时，削弱了恒星叠加线的“珍珠串效应”对目标检测的影响，有效减少目标检测中出现虚检的问题。

相对于现有技术，本发明的技术效果：

1、一种基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法，采用融合的二阶Butterworth滤波和方向滤波，得到主方向抑制滤波器，能够有效地抑制叠加图像上的起伏背景，有利于后续深空环境下弱小目标的检测；

2、一种基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法，采用提出的主方向抑制滤波器，能够有效抑制叠加图像上的“珍珠串”效应，有效较少了后续目标检测出现虚检的问题。

附图说明

图1是本发明提出的基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法流程示意图；

图2是本发明优选实施例1的叠加图像及预处理结果图像，其中a)为序列图像中的第一帧，b)表示叠加后的图像，c)为本发明方法预处理后的结果图像，d)为c)的三维显示；

图3是本发明优选实施例2的叠加图像及预处理结果图像，其中a)为序列图像中的第一帧，b)表示叠加后的图像，c)为本发明方法预处理后的结果图像，d)为c)的三维显示；

图4是深空背景下各个算法检测的ROC曲线。

具体实施方式

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定：

如图1所示，具体的，本发明提供的，包括以下步骤：

(1)、输入的叠加图像进行傅里叶变换；

(2)、将二阶Butterworth滤波与方向滤波进行融合，设计一种主方向抑制高通滤波器，滤波器的计算公式为：

(3)、采用步骤2设计好的滤波器对步骤1得到的叠加图像的傅里叶变换结果进行滤波处理，计算公式为如下：

(4)、将步骤3得到的滤波结果进行傅里叶反变换，得到起伏背景和“珍珠串”效应都被抑制的预处理后的叠加图像g(x,y).

Claims (3)

1.基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法，融合二阶Butterworth滤波和方向滤波，得到主方向抑制高通滤波器，抑制叠加图像的背景起伏，而且削弱恒星叠加线所产生的“珍珠串效应”对光团目标检测的影响，其特征在于，

步骤如下：

2.1对输入的叠加图像进行傅里叶变换；

2.2将二阶Butterworth滤波与方向滤波进行融合，得到一种主方向抑制高通滤波器；

2.3采用步骤2.2设计好的滤波器对步骤2.1得到的叠加图像的傅里叶变换结果进行滤波处理；

2.4将步骤2.3得到的滤波结果进行傅里叶反变换，得到起伏背景和“珍珠串”效应都被预处理后的叠加图像。

2.根据权利要求1所述的基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法，其特征在于，所述步骤2.2中，所述滤波器的表达式为：

<mrow> <msub> <mi>H</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mi>S</mi> <mi>H</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mrow> <mo>{</mo> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>D</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>/</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>sin&amp;theta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>(</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>-</mo> <mi>P</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> <mo>)</mo> <mo>+</mo> <msub> <mi>cos&amp;theta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>(</mo> <mrow> <mi>v</mi> <mo>-</mo> <mi>Q</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> <mo>)</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>4</mn> </msup> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <mo>{</mo> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>D</mi> <mrow> <mi>H</mi> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>/</mo> <mi>D</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>v</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mn>4</mn> </msup> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中，θ₀为图像逆时针旋转的角度，D_D0为主方向抑制滤波的截止频率，D_H0为高通滤波的截止频率；u、v分别为傅里叶变换后频谱的坐标，其中频谱幅值只受u值影响，而频谱相位与v值相关；P和Q为傅里叶变换后频谱图像的尺寸，D(u,v)频谱图像中位置(u,v)处的值。

3.按照权利要求1所述的基于主方向抑制高通滤波器的叠加图像预处理方法，其特征在于，所述最终经过预处理后的叠加图像的计算公式为：

其中，f(x,y)为输入的叠加图像，g(x,y)为预处理后的结果图像，和分别为拉普拉斯变换和拉普拉斯反变换。