CN113554694A - 一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明给出了一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法和系统，包括：采集烟幕释放前的第一红外图像和烟幕释放后的第二红外图像；计算第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值；对第二红外图像进行边缘检测；对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分；计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到第二辐射强度值和第二地物背景强度值；计算各个红外辐射源的衰减率；统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积。本发明能够准确估计红外波段的烟幕有效遮蔽面积。

Description

一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法和系统
技术领域
本发明属于材料消光技术领域，具体涉及一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法和系统。
背景技术
在军民融合、大数据分析等领域，随着现代科学技术的发展，新型可见光与红外波段侦察设备的广泛应用，使侦察与监视的水平和能力有了极大提高，对具有高效遮蔽能力的烟幕需求越来越迫切。烟幕遮蔽是一种快速、高效遮蔽目标的手段。 因此，烟幕有效遮蔽性能的研究对于烟幕红外有效遮蔽面积评估具有重大意义。
目前，大多采用传统背景差分法，对当前帧与背景帧进行比较，通过两者的差异，获取目标的信息，该背景帧是依据已有场景信息所建立的背景模型，需要预先设置好，且对光照引起的动态环境十分敏感，在复杂背景下，由于噪声的影响，极易造成目标信息的丢失以及误判。
传统背景差分法无法直接在红外波段统计烟幕有效遮蔽面积，因为要想得到红外波段烟幕的有效遮蔽面积，必须使烟幕的遮蔽效果满足一定条件，即可以有效遮蔽红外辐射源，传统背景差分法直接通过当前帧与背景帧相减来获取目标，只能获取烟幕释放时部分目标，有些不满足遮蔽标准的目标也被算入其中，无法体现烟幕遮蔽效果是否满足条件，也无法解决如何判断为有效遮蔽面积的问题，因此，针对红外成像设备所采集的烟幕释放图像，传统背景差分法很难进行有效遮蔽估算。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法，该方法能够准确估计红外波段的烟幕有效遮蔽面积。
本发明的目的之二，在于提供一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取系统。
为了达到上述目的之一，本发明采用如下技术方案实现：
一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法，所述获取方法包括如下步骤：
步骤一、采集烟幕释放前的第一红外图像和烟幕释放后的第二红外图像；
步骤二、计算第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值；
步骤三、对第二红外图像进行边缘检测；
步骤四、对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域；
步骤五、计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值；
步骤六、根据第一辐射强度值、第一地物背景强度值以及第二辐射强度值和第二地物背景强度值，计算各个红外辐射源的衰减率；
步骤七、统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积。
进一步的，步骤一和步骤二之间，所述获取方法还包括：
对第一红外图像和第二红外图像分别进行滤波降噪处理。
进一步的，步骤四和步骤五之间，所述获取方法还包括：
判断两个连通区域之间的间隔像元数是否小于第二阈值，如是，则对两个连通区域之间的各个间隔像元进行平滑处理并合并为新的连通区域，进入步骤五；如否，则直接进入步骤五。
进一步的，步骤六中，所述衰减率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，β为衰减率；W 1和W 2分别为第一辐射强度值和第二辐射强度值；B 1和B 2分别为第一地物背景强度值和第二地物背景强度值。
进一步的，步骤七中，所述红外有效遮蔽面积为：
S=n*s p *(R/f)2；
其中，S为红外有效遮蔽面积；n为大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数；s p 为红外成像设备单个像元的面积；f为红外成像设备光学系统的焦距；R为红外成像设备和实际场地的距离。
为了达到上述目的之二，本发明采用如下技术方案实现：
一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取系统，所述获取系统包括：
采集模块，用于采集烟幕释放前的第一红外图像和释放后的第二红外图像；
第一计算模块，用于计算第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值；
边缘检测模块，用于对第二红外图像进行边缘检测；
连通区域划分模块，用于对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域；
第二计算模块，用于计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值；
第三计算模块，用于根据第一辐射强度值、第一地物背景强度值以及第二辐射强度值和第二地物背景强度值，计算各个红外辐射源的衰减率；
统计模块，用于统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积。
进一步的，所述获取系统还包括：
滤波降噪处理模块，用于对第一红外图像和第二红外图像分别进行滤波降噪处理。
进一步的，所述获取系统还包括：
判断模块，用于判断两个连通区域之间的间隔像元数是否小于第二阈值，如是，则对两个连通区域之间的各个间隔像元进行平滑处理并合并为新的连通区域，进入第二计算模块；如否，则进入第二计算模块。
本发明的有益效果：
本发明通过计算烟幕释放前的第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值；通过对第二红外图像进行边缘检测，提取第二红外图像的边缘轮廓；对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域；计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值；根据第一辐射强度值、第一地物背景强度值以及第二辐射强度值和第二地物背景强度值，计算各个红外辐射源辐射源的衰减率；统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积，实现了快速地、准确地提取释放烟幕时的目标特性，得到红外有效烟幕遮蔽面积，为后续烟幕红外有效遮蔽面积评估作出有力依据；本发明计算量少，运算效率高。
附图说明
图1为烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
本实施例给出了一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法，参考图1，该获取方法包括如下步骤：
S1、采集烟幕释放前的第一红外图像和烟幕释放后的第二红外图像。
本实施例可采用爆炸释放或无人机喷洒等不同释放装置条件下释放烟幕，借助红外成像设备在固定机位的条件下获取烟幕释放前后的红外图像，并用Python读取视频每一帧图像。本实施例中的红外成像设备获取图像为灰度图像。
为了避免复杂背景下噪声导致的目标信息的丢失，提高图像质量，本实施例对第一红外图像和第二红外图像进行滤波降噪处理，以消除噪声的影响。
S2、计算第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值。
本实施例中，每个红外辐射源为排列成正方形的四个像元，该正方形记为对应红外辐射源的红外辐射区域，红外辐射区域内四个像元的灰度均值为对应红外辐射区域的辐射强度值，围绕四个像元且位于红外辐射区域外的所有像元的灰度均值即为地物背景强度值。
本实施例中，第一辐射强度值和第一地物背景强度值以无量纲灰度值表示。第一辐射强度值为烟幕释放前，位于红外辐射区域内4个像元灰度均值。第一地物背景强度值为烟幕释放前，围绕红外辐射区域内4个像元且位于红外辐射区域外的所有像元的灰度均值。
S3、对第二红外图像进行边缘检测。
由于烟幕扩散过程中，可能各处浓度不同，导致各个第二红外图像的边缘轮廓不完整或不清晰，需要对第二红外图像进行边缘检测，提取出第二红外图像的边缘轮廓，从而更好地描绘出烟幕轮廓。现有边缘检测方法很多，如Canny算子、Sobel算子和Roberts算子等等。
S4、对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域。
本实施例的有效像元的灰度值为1，非有效像元的灰度值为0。
由于相邻两个连通区域之间的间隔像元数非常小，可以将相邻两个连通区域之间的每个间隔像元进行平滑处理后合并，在保证不影响整个衰减率的计算结果准确性的前提下，降低了运算量。具体实现过程为：
判断两个连通区域之间的间隔像元数是否小于第二阈值，如是，则对两个连通区域之间的各个间隔像元进行平滑处理并合并为新的连通区域，进入步骤五；如否，则直接进入步骤五。
S5、计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值。
本实施例中，第二辐射强度值和第二地物背景强度值以无量纲灰度值表示。第二辐射强度值为烟幕释放后，位于红外辐射区域内4个像元灰度均值。第二地物背景强度值为烟幕释放后，围绕红外辐射区域内4个像元且位于红外辐射区域外的所有像元的灰度均值。
S6、根据第一地物背景强度值和第二地物背景强度值以及第一辐射强度值和第二辐射强度值，计算各个红外辐射源的衰减率。
本实施例的衰减率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；
其中，β为衰减率；W 1和W 2分别为第一辐射强度值和第二辐射强度值；B 1和B 2分别为第一地物背景强度值和第二地物背景强度值。
S7、统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积。
本实施例的红外有效遮蔽面积为：
S=n*s p *(R/f)2；
其中，S为红外有效遮蔽面积；n为大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数；s p 为红外成像设备单个像元的面积；f为红外成像设备光学系统的焦距；R为红外成像设备和实际场地的距离。
本实施例中的第一阈值一般取85%。
本发明通过计算烟幕释放前的第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值；通过对第二红外图像进行边缘检测，提取第二红外图像的边缘轮廓；对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域；计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值；根据第一辐射强度值、第一地物背景强度值以及第二辐射强度值和第二地物背景强度值，计算各个红外辐射源辐射源的衰减率；统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积，实现了快速地、准确地提取释放烟幕时的目标特性，得到红外有效遮蔽面积，为后续烟幕红外有效遮蔽面积评估作出有力依据；本发明计算量少，运算效率高。
本实施例可通过下面实施例实现：
另一实施例给出了一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取系统，该获取系统包括：
采集模块，用于采集烟幕释放前的第一红外图像和烟幕释放后的第二红外图像。
滤波降噪处理模块，用于对第一红外图像和第二红外图像分别进行滤波降噪处理。
第一计算模块，用于计算第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值。
边缘检测模块，用于对第二红外图像进行边缘检测。
连通区域划分模块，用于对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域。
判断模块，用于判断两个连通区域之间的间隔像元数是否小于第二阈值，如是，则对两个连通区域之间的各个间隔像元进行平滑处理并合并为新的连通区域，进入第二计算模块；如否，则进入第二计算模块。
第二计算模块，用于计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值。
第三计算模块，用于根据第一辐射强度值、第一地物背景强度值以及第二辐射强度值和第二地物背景强度值，计算各个红外辐射源的衰减率。
统计模块，用于统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积。
以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取方法，其特征在于，所述获取方法包括如下步骤：
步骤一、采集烟幕释放前的第一红外图像和烟幕释放后的第二红外图像；
步骤二、计算第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值；
步骤三、对第二红外图像进行边缘检测；
步骤四、对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域；
步骤五、计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值；
步骤六、根据第一辐射强度值、第一地物背景强度值以及第二辐射强度值和第二地物背景强度值，计算各个红外辐射源的衰减率；
步骤七、统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积。
2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，步骤一和步骤二之间，所述获取方法还包括：
对第一红外图像和第二红外图像分别进行滤波降噪处理。
3.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，步骤四和步骤五之间，所述获取方法还包括：
判断两个连通区域之间的间隔像元数是否小于第二阈值，如是，则对两个连通区域之间的各个间隔像元进行平滑处理并合并为新的连通区域，进入步骤五；如否，则直接进入步骤五。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的获取方法，其特征在于，步骤六中，所述衰减率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
其中，β为衰减率；W 1和W 2分别为第一辐射强度值和第二辐射强度值；B 1和B 2分别为第一地物背景强度值和第二地物背景强度值。
5.根据权利要求1~3中任意一项所述的获取方法，其特征在于，步骤七中，所述红外有效遮蔽面积为：
S=n*s p *(R/f)2；
其中，S为红外有效遮蔽面积；n为大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数；s p 为红外成像设备单个像元的面积；f为红外成像设备光学系统的焦距；R为红外成像设备和实际场地的距离。
6.一种烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积的获取系统，其特征在于，所述获取系统包括：
采集模块，用于采集烟幕释放前的第一红外图像和烟幕释放后的第二红外图像；
第一计算模块，用于计算第一红外图像中各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第一辐射强度值和第一地物背景强度值；
边缘检测模块，用于对第二红外图像进行边缘检测；
连通区域划分模块，用于对边缘检测后的第二红外图像进行连通区域划分，得到各个连通区域；
第二计算模块，用于计算最大连通区域内各个红外辐射区域内各个像元灰度均值和对应红外辐射区域外围各个像元灰度均值，得到每个红外辐射区域的第二辐射强度值和第二地物背景强度值；
第三计算模块，用于根据第一辐射强度值、第一地物背景强度值以及第二辐射强度值和第二地物背景强度值，计算各个红外辐射源的衰减率；
统计模块，用于统计大于第一阈值的衰减率对应的红外辐射区域内像元数并计算烟幕释放过程中红外有效遮蔽面积。
7.根据权利要求6所述的获取系统，其特征在于，所述获取系统还包括：
滤波降噪处理模块，用于对第一红外图像和第二红外图像分别进行滤波降噪处理。
8.根据权利要求6所述的获取系统，其特征在于，所述获取系统还包括：
判断模块，用于判断两个连通区域之间的间隔像元数是否小于第二阈值，如是，则对两个连通区域之间的各个间隔像元进行平滑处理并合并为新的连通区域，进入第二计算模块；如否，则进入第二计算模块。
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