一种成分不确定度测量的弱小目标检测方法及系统

技术特征：
1.一种成分不确定度测量的弱小目标检测方法，所述方法包括：步骤1：构造一个三层嵌套的滑动窗口结构，由中心窗口向外扩展，形成一个多级窗口，由最内侧的中心层、最外侧的环境层以及夹在两层之间的邻域层三部分组成；利用最外层的环境层对邻域层内信号的局部信号成分一致性进行评价，得到一个局部一致性图，通过局部一致性评价结果，指派成分一致性置信度，测量区域内的不确定度，绘制出不确定度分布图；步骤2：在三层嵌套窗口内做高斯模板匹配滤波，利用残差完成局部能量加权因子的计算，得到有能量加权的不确定度图；步骤3：对有能量加权的不确定度图进行自适应阈值分割，剔除非目标成分，完成目标提取。2.根据权利要求1所述的成分不确定度测量的弱小目标检测方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：步骤1-1：构造一个三层嵌套的滑动窗口结构，由中心窗口向外扩展，形成一个m*m的多级窗口，由最内侧的中心层、最外侧的环境层以及夹在两层之间的邻域层三部分组成；其中，m为正整数；步骤1-2：利用局部信号灰度一致性评价标准，对所述环境层与周围邻域区域之间的信号成分一致性进行评价，得到一个n*n的局部一致性图；所述评价标准为：其中：lc
ij
表示坐标(i，j)像元与周围邻域区域信号成分一致性评价；g
ij
表示以坐标(i，j)为中心的n*n块区域，m-n为偶数；表示坐标(i，j)像元；表示对应第k个编号邻域块的灰度均值，k取值为n
×
n-1；步骤1-3：通过局部信号灰度一致性评价结果，指派成分一致性置信度，测量区域内的不确定度，绘制出不确定度分布图；测量得到成分不确定度lum(i，j)公式如下：lum(i，j)＝u
ij-entorpy
min
其中，u
ij
为像元(i，j)位置测得的不确定度：其中，为以(i，j)为中心的窗口结构中各块所指派的成分一致性置信度值：entorpy
min
为最小熵：3.根据权利要求2所述的成分不确定度测量的弱小目标检测方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：在三层嵌套窗口内做(2*p 1)*(2*p 1)的高斯模板匹配滤波，利用残差完成局部能量
加权因子的计算，得到有能量加权的不确定度图；高斯模板匹配滤波过程表示为：其中，i(i x，j y)表示(i x，j y)点像元原始图像数据；i
gaus
(i，j)表示(i，j)点像元原始图像经高斯卷积后的结果；p表示高斯模板中心，σ表示调整参数，取值为0～5；经过高斯模板匹配卷积后，得到原始图像与高斯卷积后图像的残差i
res
(i，j)：i
res
(i，j)＝i(i，j)-i
gaus
(i，j)其中，i(i，j)表示(i，j)点像元原始图像数据；使用同成分一致性评价过程相同的滑动窗口计算残差图像中的局部能量差异作为信号能量加权：w(i，j)＝max{0，i
res
(i，j)-i
b
(i，j)}其中，i
b
(i，j)为残差图像i
res
中像元(i，j)周围邻域位置的残差均值；能量加权的不确定度elum(i，j)定义为：elum(i，j)＝w(i，j)*lum(i，j)。4.根据权利要求3所述的成分不确定度测量的弱小目标检测方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：使用阈值操作来提取真实目标；阈值th定义为：th＝λ
×
max (1-λ)
×
mean其中，max和mean分别是有能量加权的不确定度图中的最大值和均值；λ＜1。5.一种成分不确定度测量的弱小目标检测系统，所述系统包括：局部不确定度测量模块，用于构造一个三层嵌套的滑动窗口结构，由中心窗口向外扩展，形成一个多级窗口，由最内侧的中心层、最外侧的环境层以及夹在两层之间的邻域层三部分组成；最外层的环境层被用于对邻域层内信号的局部信号成分一致性进行评价，最终得到一个局部一致性图，通过局部一致性评价结果，指派成分一致性置信度，测量区域内的不确定度，绘制出不确定度分布图；有能量加权的不确定度图模块，用于在三层嵌套窗口内做高斯模板匹配滤波，利用残差完成局部能量加权因子的计算，得到有能量加权的不确定度图；目标提取模块，用于对有能量加权的不确定度图进行自适应阈值分割，剔除非目标成分，完成目标提取。6.根据权利要求5所述的成分不确定度测量的弱小目标检测系统，其特征在于，所述局部不确定度测量模块处理过程为：构造一个三层嵌套的滑动窗口结构，由中心窗口向外扩展，形成一个m*m的多级窗口，由最内侧的中心层、最外侧的环境层以及夹在两层之间的邻域层三部分组成；其中，m为正整数；利用局部信号灰度一致性评价标准，对所述环境层与周围邻域区域之间的信号成分一致性进行评价，得到一个n*n的局部一致性图；所述评价标准为：
其中：lc
ij
表示坐标(i，j)像元与周围邻域区域信号成分一致性评价；g
ij
表示以坐标(i，j)为中心的n*n块区域，m-n为偶数；表示坐标(i，j)像元；表示对应第k个编号邻域块的灰度均值，k取值为n
×
n-1；通过局部信号灰度一致性评价结果，指派成分一致性置信度，测量区域内的不确定度，绘制出不确定度分布图；测量得到成分不确定度lum(i，j)公式如下：lum(i，j)＝u
ij-entorpy
min
其中，u
ij
为像元(i，j)位置测得的不确定度：其中，为以(i，j)为中心的窗口结构中各块所指派的成分一致性置信度值：entorpy
min
为最小熵：7.根据权利要求6所述的成分不确定度测量的弱小目标检测系统，其特征在于，所述有能量加权的不确定度图模块处理过程为：在三层嵌套窗口内做(2*p 1)*(2*p 1)的高斯模板匹配滤波，利用残差完成局部能量加权因子的计算，得到有能量加权的不确定度图；高斯模板匹配滤波过程表示为：其中，i(i x，j y)表示(i x，j y)点像元原始图像数据；i
gaus
(i，j)表示(i，j)点像元原始图像经高斯卷积后的结果；p表示高斯模板中心，σ表示调整参数，取值为0～5；经过高斯模板匹配卷积后，得到原始图像与高斯卷积后图像的残差i
res
(i，j)：i
res
(i，j)＝i(i，j)-i
gaus
(i，j)其中，i(i，j)表示(i，j)点像元原始图像数据；使用同成分一致性评价过程相同的滑动窗口计算残差图像中的局部能量差异作为信号能量加权：w(i，j)＝max{0，i
res
(i，j)-i
b
(i，j)}其中，i
b
(i，j)为残差图像i
res
中像元(i，j)周围邻域位置的残差均值；能量加权的不确定度elum(i，j)定义为：elum(i，j)＝w(i，j)*lum(i，j)。8.根据权利要求7所述的成分不确定度测量的弱小目标检测系统，其特征在于，所述目
标提取模块处理过程为：使用阈值操作来提取真实目标；阈值th定义为：th＝λ
×
max (1-λ)
×
mean其中，max和mean分别是有能量加权的不确定度图中的最大值和均值；λ＜1。

技术总结
本发明提供了一种基于成分一致性原理的局部不确定度测量的方法和系统，用来检测复杂背景下被淹没的小目标。目标与周围背景属于不同成分信号，空间上成分的变化引发了观测不确定性。在本发明的方法中，构造了一个多层嵌套的滑动窗口，通过评估局部区域信号的成分一致性情况，计算出局部成分不确定度(LUM)，绘出局部成分不确定度图，抑制图像中的复杂背景；然后引入能量加权因子，在不确定度分布图中，强化目标蕴含的能量信息，实现对目标信号的增强。真实图像验证结果表明,本发明可以实现复杂背景下更好的小目标检测性能。杂背景下更好的小目标检测性能。杂背景下更好的小目标检测性能。


技术研发人员：郑伟 赵二伟 杨震 彭晓东 牛文龙
受保护的技术使用者：中国科学院国家空间科学中心
技术研发日：2022.08.26
技术公布日：2022/11/18