复杂背景下红外弱小多目标跟踪系统

针对复杂天空背景条件下低信噪比的红外弱小目标跟踪问题,设计了一种多目标跟踪系统.首先计算红外图像的光流场,结合阈值分割和形态学滤波等数学方法检测出目标;在该结果的基础上,结合目标运动的连续性,运用邻域轨迹预测的方法滤除检测过程中产生的噪声;随后运用卡尔曼滤波轨迹预测的方法解决在跟踪过程中目标丢失的问题,并解决当多目标轨迹出现交联时如何辨识出各个目标轨迹的问题.该系统充分运用了目标的运动特性避免了噪声的干扰和目标轨迹混淆.使用长波红外热像仪采集的红外序列图像对系统进行了验证,实验结果及相应理论分析表明该系统可有效实现复杂背景下的红外弱小目标跟踪.     

红外图像空间噪声分析和预处理方法改进

讨论了基于天空背景下红外图像空间噪声组成，分析了各种空间噪声的形成原因,给出了红外图像噪声类型及其对图像质量的不同影响。分析结果认为红外图像空间噪声主要为高斯噪声和椒盐噪声。综合考虑均值法和中值法在处理噪声类型上的不同，提出了一种基于简单阈值的改进型中值法。对于不同的阈值，其算子有所不同。而M×N处理区域内每一点算子的权值取决于区域灰度中值，该点灰度越接近中值权值越大。处理后的图像背景更平滑，信噪比和改进的峰值信噪比提高了1.2dB以上，表明改进型中值法优于传统滤波方法。     

基于图像的飞行器红外辐射特性测量

通过将目标在一定波段内的红外辐射等效为红外成像系统前一定距离下黑体在对应波段内的红外辐射,建立了等效辐射方程。根据黑体辐射定标实验数据,利用非线性回归方法确定了在不同的积分时间条件下红外凝视成像系统输出红外图像的灰度值与在一定距离下的黑体温度之间的定量关系,建立了辐射定标方程。在Visual C++6.0平台下,在对红外目标图像进行SUSAN滤波等预处理后,分析了已知目标距离的红外图像的灰度均值。首先根据辐射定标方程计算出目标等效为黑体的温度,然后利用等效辐射方程反推目标的红外辐射强度,以达到根据跟踪的红外图像确定红外目标辐射特性的目的。此项研究不仅可以为目标识别提供目标分类、识别和辨认所必需的光谱数据库,而且还可以为红外预警提供重要的参考数据。     

机载光学整流罩与扫描反射镜尺寸及渐晕的设计分析

为满足机载光电系统的成像作用距离要求,对机载光学整流罩以及扫描反射镜的设计尺寸进行了理论仿真分析计算,并对研制的样机进行了试验研究。以实例形式给出了整流罩设计的作用距离与相关参量的计算结果,讨论了整流罩扫描系统的渐晕大小。装备该整流罩系统的样机,在近万米高空对音速某战机的红外长波扫描搜索距离可达到86 km,红外中波跟踪达到180 km,激光测距达到47 km。结果表明:根据探测作用距离理论模型分析计算,研制的机载光学整流罩及扫描反射镜光学系统达到了设计要求。     

一种基于算法融合的红外目标跟踪方法

视频目标跟踪的难点在于快速、准确地在帧与帧之间匹配目标.由于红外图像目标与背景的反差低,图像的边缘模糊并且灰度级动态范围小,使红外目标跟踪难度比可见光更大.本文提出一种针对红外日标跟踪的融合算法,该方法融合直方图和不变矩的特点.首先利用目标的直方图计算简单快速的特点,由均值平移算法快速找到局部最优解,但由于该局部最优解仪为直方图匹配的最优解,缺少目标形状特征,与实际目标位置存在一定的偏差;其次,利用边缘小变矩作为修正特征修正误差,避免跟踪误差逐渐累计而最终导致跟踪失败,以提高跟踪的稳定性和精度.实验结果表明,该算法能够消除跟踪过程中的漂移现象,提高跟踪精度.     

稀疏分解在钢水红外图像去噪中的应用

基于辐射测温原理,介绍了红外测温理论和稀疏分解去噪原理,为了提高钢水的测温精度,对钢水的红外图像噪声进行处理。搭建钢水红外测温的实验平台,获得不同实验条件不同温度下的钢水红外图像,利用稀疏分解对钢水红外图像进行去噪处理。与维纳滤波图像去噪结果进行比较,实验结果表明,稀疏分解更好地去除了钢水红外热图像中的噪声,图像的峰值信噪比提高了10 dB。     

气动热环境下共形整流罩热辐射特性研究

高温整流罩产生强烈的红外辐射,在探测器接收面上形成背景噪声,严重影响成像质量。为了评估气动热环境下高速飞行器共形整流罩热辐射对探测器性能的影响,建立了气动热环境下整流罩热流固耦合计算模型、整流罩热辐射发射以及传输模型,计算了整流罩非均匀温度场、形变场、应力以及应变场,仿真得到了共形整流罩热辐射对高速飞行器光学系统成像质量的影响。研究结果表明:随着时间的不断增长,探测器接收面的最大辐照度也逐渐增大。在第10 s时,0°攻角下共形整流罩热干扰辐照度最小值为0.094 W/m2,最大值为0.108 W/m2。和相同工况下的共形整流罩相比,球形整流罩10 s时的最大辐照度分别是椭球面和抛物面形整流罩最大辐照度的近12倍和7倍,即共形整流罩产生的干扰对探测系统的影响较小,不会对探测器的探测性能产生致命性的影响。     

一种新型磁光盘驱动器光学头光学系统

本文叙述了一种新型磁光盘驱动器光学头的光学系统,并从理论上阐明了磁光信息读取的基本原理.该系统改善了光学系统性能,减少了系统噪声,提高了光能利用率,并用于5(1/4)时的磁光盘驱动器开发研究,获得读取信息的信噪比优于50dB的结果.     

基于图像融合的动态轮廓线跟踪新方法

红外与可见光传感器是目标跟踪识别系统中常用的两种传感器,对这两种传感器图像进行融合能有效提高系统跟踪检测的准确性。将动态轮廓线模型与图像融合结合,在特征搜索过程中利用特征点准确地完成了图像配准,同时使用了一种新的特征级融合方法,将两种图像中目标轮廓的B样条曲线控制点进行实时微分耦合。这种耦合将Curwen提出的微分耦合机制作了改进,利用图像配准把刚性硬模板改变为实时的变换模板并推导了融合后动态轮廓线的新的动力学方程。这种融合利用了红外图像目标轮廓信息约束可见光图像中动态轮廓线的收敛形状,有效地提高了可见光图像目标跟踪的准确性。对运动人手序列图像的对比跟踪实验表明,这种融合使得可见光图像中动态轮廓线平均跟踪误差减小了60．25％。     

基于反向旋转位相板的共形光学系统设计

在共形光学系统中,椭球形整流罩打破了球形整流罩的旋转对称性,引入了随目标视场变化而变化的动态像差。共形光学设计的主要任务就是消除或者减小椭球形整流罩引入的动态像差,使共形光学系统的成像质量满足使用要求。设计了基于反向旋转位相板的共形光学系统,利用一对反向旋转位相板的反向旋转对目标视场进行动态扫描,利用固定校正器、衍射元件和泽尼克位相板校正了椭球形整流罩引入的动态像差。成像系统采用二次成像的透射式结构,实现了冷光阑效率100%。结果表明:该方法不仅有别于传统扫描方式,而且有效地消除了大长径比的共形光学系统的动态像差。     

基于全变分的航空图像条带噪声消除方法

条带噪声会影响推扫式航空相机成像质量,去除条带噪声是提高后续数据分析精度的关键环节。分析了航空图像条带噪声的主要来源和模型,提出了一种基于全变分的抑制条带噪声方法。根据相对平坦区域估计每个像元的增益和偏置值,利用全变分模型,采用梯度下降法迭代求解进行图像重构。实验结果表明,仿真图像峰值信噪比从31dB提高到40dB,实际航拍图像辐射质量提升因子提高到9dB。与传统方法相比,该方法处理的图像变异逆系数和辐射质量提升因子有所提高,有效去除图像中的条带噪声,保留原图像的细节信息。     

改进的K均值聚类红外目标检测方法

利用图像方差能很好地反映目标边缘信息的特点,提出一种基于方差的K均值聚类红外目标检测算法。利用形态学方法对红外图像进行预处理,运用相应的模板计算得到红外图像的方差图像,利用K均值聚类算法对方差图像进行聚类,从而分离出目标类别和背景类别。实验表明,该算法提取的红外图像中目标信息的兰德指数最高,说明该算法能有效地提取红外图像中目标信息,从而达到目标检测的目的。     

基于时空非局部相似性的海上红外弱小目标检测

为了消除海上红外弱小目标检测中图像背景杂波和噪声的影响,提出了一种基于时空非局部相似性的红外图像弱小目标检测方法.该方法充分利用了相邻帧的红外图像序列间海面背景图像块的非局部自相关特性以及每帧内非局部背景图像块间的相似特性,并引入时空域图像块模型,该模型可利用加速近端梯度方法来有效求解.实验结果表明,与传统的红外弱小目标检测方法相比,所提方法不仅能更有效地保留目标的特征信息,还能使红外图像的峰值信噪比提高1.2倍以上,信杂比提高1.8倍以上.     

红外耦合光学系统设计

红外目标模拟器由红外目标图像发生器和投影光学系统组成。该红外光学系统是一个要求与2个导引光学系统的光学技术参数相匹配的长焦距、大视场和具有像方远心光路的中红外光学系统。叙述用于红外目标模拟器的红外耦合光学系统的设计原理，提出它与导引光学系统一起可组成放大倍率M=4.5×的红外投影光学系统，并指出IR CRT产生的图像通过红外投影光学系统可成像在导引接收器上。针对给出的红外耦合光学系统的设计特点和技术要求，光学材料选取硅（Si） 锗（Ge） 硅（Si），采用简单的柯克三片式结构完成光学系统设计。设计评价结果表明，该系统的光学性能和成像质量均满足设计指标要求。     

弹载卡式红外光学系统消热差设计

为了消除环境温度变化对弹载红外光学系统成像质量的影响,设计了一种在3.7 m~4.8 m波段工作的弹载卡塞格林式红外消热差光学系统。利用ANSYS软件分析了整流罩在大气中的受热变形对光学系统成像质量的影响,采用光学被动式消热差法对光学系统在-40℃~+65℃范围内进行了温度补偿。设计结果表明,系统MTF在20 lp/mm时轴外可达0.41以上,不同视场下的弥散斑直径小于一个像元尺寸且系统结构简单。该设计可保证光学系统的像面稳定性,有效提高火控系统对目标探测与识别能力。     

成像型激光探测系统动态范围扩展技术研究

 针对成像型激光探测系统动态范围不足的问题,以现有广角远心鱼眼透镜和CMOS摄像器件为硬件基础,提出通过图像处理的方法扩展系统动态范围。系统采用帧相减技术滤除背景干扰和噪声,进而进行激光光斑的识别和定位。在此基础上,针对接收激光能量的不同,提出采用不同方法扩展动态范围。当激光能量较低时,激光信号可能淹没在噪声中无法准确判读和精确定位,通过滤波技术排除噪声,提高图像信噪比,从而提高系统探测灵敏度,即扩展探测下限。对于探测上限,即当强激光入射时,由于鱼眼光学系统内会产生反射干扰光,有可能在成像面形成不规则的干扰光斑,通过光斑匹配模式识别的方法排除杂光干扰,提高识别上限。实验结果表明,该方法使系统动态范围从为70 dB提高到89 dB,提高近30%,有效扩大了探测系统的作用范围。     

红外背景抑制与弱小目标的检测算法

强噪声背景下红外图像中弱小目标的检测一直是研究的重点和难点。根据弱小目标、背景干扰和噪声在红外图像中的差异,研究了三种低信噪比条件下红外图像中弱小目标的检测算法:小波变换、数学形态学、Top—hat算子,分别给出了处理的图像和相应的数据。仿真实验表明:这三种检测算法能十分有效地提高信噪比、增强目标、抑制背景杂波和去除噪声干扰,对信噪比约为2的弱小目标检测能得到很好的结果。三种算法所得结果一致,而且处理速度快,适合于实时图像处理和目标探测。     

光学相干层析图像的小波去噪方法研究

光学相下层析成像过程中产生的噪声恶化了其成像质量.提高图像的信噪比一直是光学相干层析系统研制中一个焦点问题.根据光学相干层析系统采集的原始图像的信号和噪声分布的特点,对双变量收缩的小波去噪方法进行了改进,增加噪声系数比较多的子带的死亡地带半径来去除图像的噪声.利用对比度噪声比率、信噪比和边缘保持参数等评价指标来评价图像的改善效果.结果表明该方法能有效地去除噪声并可保留光学相干层析原始图像的边缘特征.     

弹载卡式红外光学系统消热差设计

为了消除环境温度变化对弹载红外光学系统成像质量的影响,设计了一种在3.7μm～4.8 μm波段工作的弹载卡塞格林式红外消热差光学系统.利用ANSYS软件分析了整流罩在大气中的受热变形对光学系统成像质量的影响,采用光学被动式消热差法对光学系统在-40℃～+65℃范围内进行了温度补偿.设计结果表明,系统MTF在20 lp/mm时轴外可达0.41以上,不同视场下的弥散斑直径小于一个像元尺寸且系统结构简单.该设计可保证光学系统的像面稳定性,有效提高火控系统对目标探测与识别能力.     

微悬臂梁FPA红外成像系统实时图像去噪算法研究

基于MEMS热传感效应的红外成像有着独特的优势。利用双材料微悬臂梁制作了MEMS IR FPA,并构建了红外成像系统。针对基于双材料微悬臂梁FPA红外成像系统中的图像噪声,提出了离散量和平均灰度的红外图像实时处理算法,解决了灰度阈值分割法在去除噪声的同时滤除掉目标物体像素、使红外图像细节丢失且灰度级减少的问题,在目标物体像素损失较小的情况下,去除了目标物体周围的随机噪声及背景噪声,提高了信噪比。