紅外搜索系統(tǒng)中目標探測與識別技術研究.pdf

1、紅外搜索系統(tǒng)（Infra-Red Search System，IRSS）被動地接受目標的紅外輻射來探測、跟蹤和識別目標。其相比于雷達預警，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，以及體積小、重量輕、機動性強等優(yōu)點，正逐漸成為現(xiàn)代防御體系中的一個重要組成部分，受到各國軍工部門的重視。作為紅外搜索系統(tǒng)中的一項關鍵技術，紅外弱小目標檢測與跟蹤技術在紅外圖像處理領域中受到廣泛的重視。對于實際的武器系統(tǒng)，如何盡可能提高目標的探測距

2、離，以爭取在最有利的時機獲得來襲目標的相關信息成為決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝負的重要因素。但當目標距離較遠時，目標在紅外圖像中表現(xiàn)為點目標，且其受到復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探測跟蹤問題而言，如何實現(xiàn)復雜背景條件下紅外小目標的穩(wěn)健檢測和跟蹤成為一項更具有實際意義和挑戰(zhàn)的研究課題。 本文的主要研究內容是在基于面陣探測器掃描的搜索系統(tǒng)平臺上，研究包括目標紅外輻射傳輸特性，及在該平臺下目標成像模型和影響目標探測性能

3、的雜波與噪聲的分布特征；深入研究紅外背景抑制技術，在研究、比較和改進已有算法的基礎上，提出了一系列適合本平臺的紅外目標背景抑制算法；深入研究目標檢測跟蹤技術，并將紅外目標預處理、檢測與跟蹤過程在一個完整的框架下實現(xiàn)。 在目標紅外輻射、傳輸方面，分析了典型來襲目標（飛機、巡航導彈）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)；推導出基于面陣探測器掃描搜索系統(tǒng)的成像點擴散函數(shù)，并深入研究分析了影

4、響目標檢測的背景雜波和噪聲的時間和空間分布特征。 在背景抑制技術方面，研究、比較了已有的點目標背景抑制算法，并將這些方法改進以應用于本系統(tǒng)；在分析、比較這些算法特點的基礎上，提出一系列結合本系統(tǒng)目標空間和時間分布特征的背景抑制方法，包括：利用單幀圖像中目標空間分布特征的最小行間差濾波算法；結合目標區(qū)域線型形狀相似度的基于區(qū)域統(tǒng)計排序的濾波算法；利用目標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)光流直方圖補償背景云雜波運動

5、的基于光流直方圖的運動補償算法及其簡化的幀間匹配濾波算法。并通過大量的實驗，研究、比較了這些算法各自的特點與適用條件。 在目標檢測方面，為進一步提高單幀圖像的目標探測率，本文提出了基于背景自適應調整的小目標檢測技術；并提出了基于算法融合的目標檢測算法，該方法融合了不同算法的特點，對多種檢測方法所檢測的目標進行融合判決，并對所判決的目標分為不同的確信等級。實驗結果表明，該方法有效的提高了目標的檢測概率，并降低了因雜波和噪聲產(chǎn)生的虛

6、警。 針對紅外搜索系統(tǒng)，本文提出一種基于多假設的目標跟蹤方案。根據(jù)目標在搜索系統(tǒng)中的運動特性和確信等級，采用卡爾曼濾波實現(xiàn)目標的預測與濾波，提出了完整的航跡起始、維持和終結方案。提出了一種基于多目標特征綜合評價因子的數(shù)據(jù)關聯(lián)技術，用目標坐標位置、灰度分布在時間上的連續(xù)性進行數(shù)據(jù)關聯(lián)。仿真結果表明，本文提出的圖像序列中弱小目標探測跟蹤方案具有強的抗雜波、多目標跟蹤、抗數(shù)據(jù)丟失和實時處理能力。 最后，設計并實現(xiàn)了基于FPGA