兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (9): 3274-3287.doi: 10.12382/bgxb.2023.0600
收稿日期:
2023-06-21
上线日期:
2023-09-15
通讯作者:
基金资助:
QIAO Xinbo*(), ZHAO Yongqiang, ZHANG Jingcheng
Received:
2023-06-21
Online:
2023-09-15
摘要:
基于分焦平面的红外偏振摄像仪体积小、实时性好、精确度高,并能有效应对复杂天候与红外伪装等干扰,但输出的偏振马赛克视频需要去马赛克并计算偏振参数,这种耗时较长且存在误差的处理方式限制了该设备在实时目标跟踪领域的应用。为解决这一问题,分析了红外偏振马赛克图像中空间信息与偏振信息的混叠特性,提出基于空间偏振混叠梯度的马赛克图像空间偏振梯度方向直方图特征。特征利用偏振通道之间的空间相关性,设计空间梯度算子获取图像的空间信息,并利用偏振伪全色图像与偏振通道之间的关联性设计偏振梯度算子,结合图像空间信息与偏振信息构建目标特征。将该特征应用于AutoTrack目标跟踪方法,实现了基于空间-偏振混叠信息的实时红外偏振视频目标跟踪。在实拍的红外偏振马赛克视频数据上的实验结果表明,该特征提取方法可提高红外偏振图像的目标跟踪实时性和准确性,并有效利用马赛克图像的偏振信息。
中图分类号:
乔新博, 赵永强, 张景程. 基于空间偏振混叠特性的红外偏振视频目标跟踪[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3274-3287.
QIAO Xinbo, ZHAO Yongqiang, ZHANG Jingcheng. Object Tracking Based on Spatial-polarization Aliasing for Infrared Polarization Video[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(9): 3274-3287.
图1 传统红外图像与红外偏振图像的对比及红外偏振马赛克图像示意图
Fig.1 Comparation of infrared image and infrared polarization image, and an example of infrared polarization mosaic image
方法 | 原始马赛克图像 | 去马赛克强度图像 | 偏振、强度融合图像 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | |
HSPMG | 0.9428 | 0.8435 | 36.64 | ||||||
HOG | 0.8990 | 0.7998 | 26.18 | 0.944 | 0.8425 | 1.42 | 0.8363 | 0.7032 | 1.56 |
HSOG | 0.8069 | 0.6854 | 1.89 | 0.7925 | 0.6833 | 0.74 | 0.5560 | 0.4360 | 0.79 |
SSHMG | 0.8784 | 0.7707 | 15.43 | 0.9102 | 0.8022 | 1.54 | 0.7560 | 0.6112 | 1.51 |
SIFT | 0.8910 | 0.7839 | 0.37 | 0.9162 | 0.8132 | 0.25 | 0.7376 | 0.6016 | 0.19 |
LBP | 0.3810 | 0.2750 | 0.64 | 0.2137 | 0.1691 | 0.38 | 0.2849 | 0.2108 | 0.40 |
Grayscale | 0.7629 | 0.6529 | 200.01 | 0.7668 | 0.6607 | 1.15 | 0.5815 | 0.4543 | 1.22 |
HOG+Grayscale | 0.8970 | 0.7973 | 39.58 | 0.9289 | 0.8232 | 1.12 | 0.7101 | 0.6001 | 0.95 |
表1 不同特征提取方法跟踪结果比较
Table 1 Comparison of tracking results of different feature extraction methods
方法 | 原始马赛克图像 | 去马赛克强度图像 | 偏振、强度融合图像 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | |
HSPMG | 0.9428 | 0.8435 | 36.64 | ||||||
HOG | 0.8990 | 0.7998 | 26.18 | 0.944 | 0.8425 | 1.42 | 0.8363 | 0.7032 | 1.56 |
HSOG | 0.8069 | 0.6854 | 1.89 | 0.7925 | 0.6833 | 0.74 | 0.5560 | 0.4360 | 0.79 |
SSHMG | 0.8784 | 0.7707 | 15.43 | 0.9102 | 0.8022 | 1.54 | 0.7560 | 0.6112 | 1.51 |
SIFT | 0.8910 | 0.7839 | 0.37 | 0.9162 | 0.8132 | 0.25 | 0.7376 | 0.6016 | 0.19 |
LBP | 0.3810 | 0.2750 | 0.64 | 0.2137 | 0.1691 | 0.38 | 0.2849 | 0.2108 | 0.40 |
Grayscale | 0.7629 | 0.6529 | 200.01 | 0.7668 | 0.6607 | 1.15 | 0.5815 | 0.4543 | 1.22 |
HOG+Grayscale | 0.8970 | 0.7973 | 39.58 | 0.9289 | 0.8232 | 1.12 | 0.7101 | 0.6001 | 0.95 |
参数 | 天气 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
晴天 | 雨天 | 雾天 | 夜晚 | 强干扰 | 全部 | |
跟踪精度 | 0.9633 | 0.9773 | 0.9754 | 0.9866 | 0.8383 | 0.9428 |
成功率 | 0.8825 | 0.8540 | 0.8319 | 0.8843 | 0.7686 | 0.8435 |
帧率 | 28.49 | 37.33 | 35.56 | 41.37 | 29.96 | 36.64 |
表2 HSPMG特征在雨天、雾天、强干扰等影响下的跟踪结果
Table 2 Comparison of HSPMGs’ tracking results under different weathers
参数 | 天气 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
晴天 | 雨天 | 雾天 | 夜晚 | 强干扰 | 全部 | |
跟踪精度 | 0.9633 | 0.9773 | 0.9754 | 0.9866 | 0.8383 | 0.9428 |
成功率 | 0.8825 | 0.8540 | 0.8319 | 0.8843 | 0.7686 | 0.8435 |
帧率 | 28.49 | 37.33 | 35.56 | 41.37 | 29.96 | 36.64 |
方法 | 原始马赛克图像 | 去马赛克强度图像 | 偏振、强度融合图像 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | |
HSPMG | 0.9428 | 0.8435 | 36.64 | ||||||
AutoTrack | 0.8970 | 0.7973 | 39.58 | 0.9289 | 0.8232 | 1.12 | 0.7101 | 0.6001 | 0.95 |
ECO | 0.9358 | 0.8172 | 22.72 | 0.9434 | 0.8280 | 1.33 | 0.5833 | 0.463 | 1.49 |
GFS-DCF | 0.9036 | 0.7771 | 29.40 | 0.8745 | 0.7547 | 1.42 | 0.6331 | 0.511 | 1.39 |
GFS-DCF deep | 0.7909 | 0.6572 | 3.82 | 0.8295 | 0.6979 | 0.99 | 0.7610 | 0.6156 | 1.55 |
ARCF | 0.9221 | 0.8146 | 53.17 | 0.9300 | 0.8184 | 1.44 | 0.7979 | 0.6623 | 1.29 |
ASRCF | 0.7840 | 0.6634 | 12.16 | 0.7912 | 0.6642 | 1.05 | 0.7137 | 0.5858 | 1.27 |
STRCF | 0.9220 | 0.8036 | 46.96 | 0.9013 | 0.7884 | 1.40 | 0.7629 | 0.6199 | 1.54 |
STRCF deep | 0.8457 | 0.7267 | 5.3687 | 0.8747 | 0.7449 | 1.10 | 0.7671 | 0.6264 | 1.26 |
CSR-DCF | 0.9133 | 0.7142 | 15.41 | 0.8526 | 0.6596 | 1.40 | 0.7224 | 0.5579 | 1.38 |
BACF | 0.8871 | 0.7791 | 61.14 | 0.9473 | 0.8349 | 1.62 | 0.8012 | 0.6636 | 1.20 |
表3 基于HSPMG特征的跟踪方法与其他目标跟踪方法的跟踪结果比较
Table 3 Comparison of tracking results of HSPMG-based tracking method and the other methods
方法 | 原始马赛克图像 | 去马赛克强度图像 | 偏振、强度融合图像 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | 跟踪精度 | 成功率 | 帧率 | |
HSPMG | 0.9428 | 0.8435 | 36.64 | ||||||
AutoTrack | 0.8970 | 0.7973 | 39.58 | 0.9289 | 0.8232 | 1.12 | 0.7101 | 0.6001 | 0.95 |
ECO | 0.9358 | 0.8172 | 22.72 | 0.9434 | 0.8280 | 1.33 | 0.5833 | 0.463 | 1.49 |
GFS-DCF | 0.9036 | 0.7771 | 29.40 | 0.8745 | 0.7547 | 1.42 | 0.6331 | 0.511 | 1.39 |
GFS-DCF deep | 0.7909 | 0.6572 | 3.82 | 0.8295 | 0.6979 | 0.99 | 0.7610 | 0.6156 | 1.55 |
ARCF | 0.9221 | 0.8146 | 53.17 | 0.9300 | 0.8184 | 1.44 | 0.7979 | 0.6623 | 1.29 |
ASRCF | 0.7840 | 0.6634 | 12.16 | 0.7912 | 0.6642 | 1.05 | 0.7137 | 0.5858 | 1.27 |
STRCF | 0.9220 | 0.8036 | 46.96 | 0.9013 | 0.7884 | 1.40 | 0.7629 | 0.6199 | 1.54 |
STRCF deep | 0.8457 | 0.7267 | 5.3687 | 0.8747 | 0.7449 | 1.10 | 0.7671 | 0.6264 | 1.26 |
CSR-DCF | 0.9133 | 0.7142 | 15.41 | 0.8526 | 0.6596 | 1.40 | 0.7224 | 0.5579 | 1.38 |
BACF | 0.8871 | 0.7791 | 61.14 | 0.9473 | 0.8349 | 1.62 | 0.8012 | 0.6636 | 1.20 |
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