第九章图像目标探测与跟踪技术
主讲人：赵丹培
宇航学院图像处理中心
zhaodanpei@
电话：82339972
目录
9.1 概论
9.2 目标检测与跟踪技术的发展现状9.3 目标检测与跟踪技术的典型应用9.4 图像的特征与描述
9.5 目标检测方法的基本概念与原理9.6 目标跟踪方法涉及的基本问题
9.1 概论
1、课程的学习目的
学习和掌握目标探测、跟踪与识别的基本概念和术语，了解一个完整信息处理系统的工作流程，了解目标探测、跟踪与识别在武器系统、航空航天、军事领域的典型应用。了解目标检测、跟踪与识别涉及的关键技术的发展现状，为今后从事相关的研究工作奠定基础。
2、主要参考书：
《目标探测与识别》，周立伟等编著，北京理工大学出版社；
《成像自动目标识别》，张天序著，湖北科学技术出版社；
《动态图像分析》，李智勇沈振康等著，国防工业出版社；
引言：学习目标检测与跟踪技术的意义
•现代军事理论认为，掌握高科技将成为现代战争取胜的重要因素。以侦察监视技术、通信技术、成像跟踪技术、精确制导技术等为代表的军用高科技技术是夺取胜利的重要武器。
•成像跟踪技术是为了在战争中更精确、及时地识别敌方目标，有效地跟踪目标，是高科技武器系统中的至关重要的核心技术。
•例如：一个完整的军事战斗任务大致包括侦察、搜索、监视以及攻击目标和毁伤目标。那么快速的信息获取和处理能力就是战争胜利的关键，因此，目标的实时探测、跟踪与识别也成为必要的前提条件。
•随着现代高新技术的不断发展及其在军事应用领域中的日益推广，传统的作战形态正在发生着深刻的变化。
1973年的第四次中东战争，1982年的英阿马岛之战，1991年的海湾战争及1999年的科索沃战争，伊拉克战争等都说明了这一点。西方各军事强国都在积极探索对抗武器，特别是美国更是投入了巨大的物力、人力和财力积极研制弹道导弹防御系统。而图像检测、跟踪和识别算法作为现代战场信息环境作战成败的关键，具备抗遮挡、抗丢失和抗机动鲁棒性的智能跟踪器，将是现代战场作战必备品，具有广泛的应用前景。
9.1.1 目标检测跟踪的含义
什么是目标检测跟踪？
目标检测跟踪是近年来计算机视觉领域中备受关注的前沿
方向，它从包含运动目标的图像序列中检测、识别并跟踪目标，并对其行为进行理解和描述。
目标分析的研究涉及到模式识别、图像处理、计算机视觉、人工智能等学科的内容。
随着现代信息处理技术的发展，目标检测跟踪在军用、民
用及医学等方面具有重要意义，具有广泛的应用前景和潜在的经济价值已成为一项极为重要和基本的技术。然而，由于景物的多样性和复杂性，在工程应用中仍有许多问题有待解决。
什么是目标检测跟踪系统？
目标检测跟踪系统是对指定目标区域进行实时自动
跟踪，实时解算出目标在图像场景中的精确位置，并输出目标偏离系统视轴的方位和俯仰误差信号，通过伺服控制回路，驱动稳定平台跟踪目标。
同时，图像跟踪系统接收来自外部控制系统的控制命令
和数据，并按总体通讯协议要求向外部控制系统回送跟踪系统的状态、图像数据和关键参数。实现目标跟踪的关键在于完整地分割目标、合理地提取特征和准确地识别目标，同时要考虑算法实现的时间，保证实时性。
9.1.2 什么是信息获取技术
信息获取技术：
地球上的所有物质都对外界辐射自己独特的信息－某一部分的电磁波谱，包括自发辐射和反射日光辐射。
通过传感器接收这些信息，再通过各种信息分离、提取、增强、融合、识别等手段最终达到应用的目的。
信息获取技术的手段：
电视传真、遥感技术、光纤通信、光学与光电子成像和雷达技术
信息获取技术的分类：
信息获取技术分为被动信息获取技术和主动信息获取技术。
被动信息获取技术：红外热成像、微光以及可见光；
主动信息获取技术：发射电磁波、用人造光源照射被探测目标（或红外线辐射源）。
•从广义上的视觉按照整个电磁波谱分：
长、短波无线电波、微波、毫米波、红外、可见光、紫外直到X射线。
相应的军事目标的载体特征：
以无线电波为载体的雷达、以微波为载体的微波雷达和合成孔径雷达、以毫米波为载体的的毫米波雷达、以红外辐射为载体的热像仪、以光波为载体的微光、可见光相机和以紫外辐射为载体的紫外相机；
以听觉为代表的是声纳技术
军事目标信息的时效特征：
•一种是通常意义上的军事目标的监视和侦察，如发现机场、港口、车站、兵营、阵地、水面舰队以及侦察装备情况。
这种信息的时效期相对比较长，一般以天甚至以月计。
它对应的信息处理就是事后处理或半实时处理。
•另一种是实战时的军事信息，时效特征比前者要严峻得多。
一个军事信息早一分钟还是晚一分钟到达指挥官手中，可能决定战役的成败，过时的信息价值等于零。
它对应的信息处理就是实时信息处理或准实时处理。
微光、热成像和雷达技术的特点和优势：
微光夜视技术
微光夜视技术是研究在夜间低照度条件下，用开拓观察者视力的方法以实现夜间隐蔽观察的一种技术，它采用光电子成像的方法来缓和或克服人眼在低照度以及有限光谱响应下的限制，以开拓人眼的视觉。它利用夜视和热成像技术。
一、利用夜天自然微光的反射辐射，即研究被动微光技术，使微弱照度下的目标成为可见；
二、利用场景中物体本身的热辐射，研究被动红外技术，使热目标成为可见。
热成像技术
红外图像是通过红外传感器接收由物体表面发出或者反射的红外光谱段图像，可以提供可见光图像所不能提供的很多重要信息。热成像技术的成像原理是基于目标本身的热辐射，通常采用3～5um和8～14um两个波段。红外探测不仅在夜间，也可以在白天、在恶劣气候条件下甚至全暗情况下进行观察。其特点是可进行全天候观察、作用距离远，具有穿透烟、雾、霾、雪等限制，主动红外可以在战场强光干扰下工作，甚至可以透过树叶、伪装网和迷彩等观察目标，具有较高的识别伪装能力和较高的隐蔽性。与可见光图像相比，红外图像噪声大，场景中目标的特征量不丰富且不易于提取，常用的视觉分析方法难以有效应用，这些客观缺陷的存在给红外目标检测和跟踪算法的研究带来了很大障碍。
