紅外搜索系統(tǒng)中目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別技術(shù)研究.pdf

1、紅外搜索系統(tǒng)（Infra-Red Search System，IRSS）被動(dòng)地接受目標(biāo)的紅外輻射來(lái)探測(cè)、跟蹤和識(shí)別目標(biāo)。其相比于雷達(dá)預(yù)警，紅外搜索系統(tǒng)具有隱蔽性好、角分辨率高、抗電磁干擾能力強(qiáng)，以及體積小、重量輕、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸成為現(xiàn)代防御體系中的一個(gè)重要組成部分，受到各國(guó)軍工部門的重視。作為紅外搜索系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，紅外弱小目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)在紅外圖像處理領(lǐng)域中受到廣泛的重視。對(duì)于實(shí)際的武器系統(tǒng)，如何盡可能提高目標(biāo)的探測(cè)距

2、離，以爭(zhēng)取在最有利的時(shí)機(jī)獲得來(lái)襲目標(biāo)的相關(guān)信息成為決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的重要因素。但當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)時(shí)，目標(biāo)在紅外圖像中表現(xiàn)為點(diǎn)目標(biāo)，且其受到復(fù)雜背景雜波和噪聲影響的可能性更大，所以相比于其它紅外目標(biāo)探測(cè)跟蹤問(wèn)題而言，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜背景條件下紅外小目標(biāo)的穩(wěn)健檢測(cè)和跟蹤成為一項(xiàng)更具有實(shí)際意義和挑戰(zhàn)的研究課題。 本文的主要研究?jī)?nèi)容是在基于面陣探測(cè)器掃描的搜索系統(tǒng)平臺(tái)上，研究包括目標(biāo)紅外輻射傳輸特性，及在該平臺(tái)下目標(biāo)成像模型和影響目標(biāo)探測(cè)性能

3、的雜波與噪聲的分布特征；深入研究紅外背景抑制技術(shù)，在研究、比較和改進(jìn)已有算法的基礎(chǔ)上，提出了一系列適合本平臺(tái)的紅外目標(biāo)背景抑制算法；深入研究目標(biāo)檢測(cè)跟蹤技術(shù)，并將紅外目標(biāo)預(yù)處理、檢測(cè)與跟蹤過(guò)程在一個(gè)完整的框架下實(shí)現(xiàn)。 在目標(biāo)紅外輻射、傳輸方面，分析了典型來(lái)襲目標(biāo)（飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈）的紅外輻射特性，研究了大氣紅外傳輸特性，為搜索系統(tǒng)選擇合適的工作參數(shù)提供了理論依據(jù)；推導(dǎo)出基于面陣探測(cè)器掃描搜索系統(tǒng)的成像點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，并深入研究分析了影

4、響目標(biāo)檢測(cè)的背景雜波和噪聲的時(shí)間和空間分布特征。 在背景抑制技術(shù)方面，研究、比較了已有的點(diǎn)目標(biāo)背景抑制算法，并將這些方法改進(jìn)以應(yīng)用于本系統(tǒng)；在分析、比較這些算法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一系列結(jié)合本系統(tǒng)目標(biāo)空間和時(shí)間分布特征的背景抑制方法，包括：利用單幀圖像中目標(biāo)空間分布特征的最小行間差濾波算法；結(jié)合目標(biāo)區(qū)域線型形狀相似度的基于區(qū)域統(tǒng)計(jì)排序的濾波算法；利用目標(biāo)在不同尺度下分布差異的基于小波變換的濾波方法；依據(jù)光流直方圖補(bǔ)償背景云雜波運(yùn)動(dòng)

5、的基于光流直方圖的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法及其簡(jiǎn)化的幀間匹配濾波算法。并通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，研究、比較了這些算法各自的特點(diǎn)與適用條件。 在目標(biāo)檢測(cè)方面，為進(jìn)一步提高單幀圖像的目標(biāo)探測(cè)率，本文提出了基于背景自適應(yīng)調(diào)整的小目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)；并提出了基于算法融合的目標(biāo)檢測(cè)算法，該方法融合了不同算法的特點(diǎn)，對(duì)多種檢測(cè)方法所檢測(cè)的目標(biāo)進(jìn)行融合判決，并對(duì)所判決的目標(biāo)分為不同的確信等級(jí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法有效的提高了目標(biāo)的檢測(cè)概率，并降低了因雜波和噪聲產(chǎn)生的虛

6、警。 針對(duì)紅外搜索系統(tǒng)，本文提出一種基于多假設(shè)的目標(biāo)跟蹤方案。根據(jù)目標(biāo)在搜索系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)特性和確信等級(jí)，采用卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的預(yù)測(cè)與濾波，提出了完整的航跡起始、維持和終結(jié)方案。提出了一種基于多目標(biāo)特征綜合評(píng)價(jià)因子的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)，用目標(biāo)坐標(biāo)位置、灰度分布在時(shí)間上的連續(xù)性進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。仿真結(jié)果表明，本文提出的圖像序列中弱小目標(biāo)探測(cè)跟蹤方案具有強(qiáng)的抗雜波、多目標(biāo)跟蹤、抗數(shù)據(jù)丟失和實(shí)時(shí)處理能力。 最后，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA