复杂背景中红外小目标的检测算法研究

论文摘要

在高新技术兵器迅速发展的当今世界,基于红外探测的各类武器系统已成为世界各国重点研究和发展的项目之一。红外成像目标检测与跟踪技术一直是红外成像系统中的技术难点和亟待解决的问题。因此,提高目标的检测能力尽早获取来袭目标的相关信息对于提高武器系统的性能具有重要的意义。首先,本文分析了现有的多光谱成像机制和现有成像设备的优缺点。设计了一种能够在同一成像装置上同时获取多个频段图像的多光谱成像探测机制;从而从获取图像效果上增强目标特性,以便在后期对多光谱图像进行处理后获取更高对比度的目标图像,方便后续的图像检测和跟踪。其次,研究了红外小目标在空域和频域下的几种主要的图像预处理算法;由于目前缺乏一种能够在同一框架下很好的处理不同背景下红外小目标图像的方法,本文研究了SVD分解红外小目标中奇异值的特性,理论和实验分析了点目标奇异值和位置、大小、强度之间的关系;并从实际图像中分析得出小目标点是部分奇异值与其对应U矩阵和V矩阵的组合。为了提取小目标所属的那部分奇异值对图像进行重构,提出了一种基于奇异值预测曲线和原始奇异值曲线差的差分百分率曲线的重构算法。实验和现有方法对比表明,该方法能够很好的提高图像的信噪比,抑制背景杂波。最后,针对小波能量交叉提取小目标的算法只能在水平、垂直和对角线方向上进行能量交叉的现状,结合NSCT域中目标点、背景和噪声能量特征的不同,提出了一种基于NSCT多方向能量交叉的小目标检测算法。实验表明,该方法能够很好检测出小目标,提高了小目标的检测率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 红外图像预处理
• 1.2.2 红外小目标检测
• 1.3 论文安排
• 1.4 创新点
• 第二章 新型多光谱成像机制的设计
• 2.1 光电传感器件
• 2.1.1 可见光电荷耦合器件
• 2.1.2 红外传感器
• 2.2 成像所用的光谱选择光学元器件
• 2.2.1 声光调谐滤光片型
• 2.2.2 液晶可调谐滤光片
• 2.2.3 二元光学元件
• 2.3 成像系统组成
• 2.3.1 单镜头相机加滤光片轮式
• 2.3.2 Bayer 滤光片式
• 2.3.3 单镜头分光式
• 2.3.4 多相机加滤光片式
• 2.3.5 渐变滤光片成像方式
• 2.4 新型成像机制的设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于SVD 分解的红外小目标预处理
• 3.1 引言
• 3.2 红外小目标特征分析
• 3.2.1 红外图像的数学描述
• 3.2.2 凝视成像系统探测距离分析
• 3.3 红外小目标图像预处理方法
• 3.3.1 空域滤波方法
• 3.3.2 频域滤波方法
• 3.4 基于 SVD 分解的红外小目标预处理算法
• 3.4.1 奇异谱降噪理论分析
• 3.4.2 奇异值分解红外图像分析
• 3.4.3 基于动态聚类重构图像有效秩的选取
• 3.4.4 基于SVD 分解后奇异值预测差分的红外小目标带通滤波器
• 3.4.5 实验数据与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于NSCT 能量交叉的红外小目标检测方法
• 4.1 引言
• 4.2 CFAR 阈值分割
• 4.3 基于小面拟合的小目标检测
• 4.3.1 小面拟合原理
• 4.3.2 算法实现
• 4.4 基于能量交叉相关的小目标检测
• 4.4.1 小波分解能量交叉相关的小目标检测
• 4.4.2 基于NSCT 能量交叉的小目标检测
• 4.4.3 实验数据与讨论
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文