多波段红外图像的海面舰船目标检测

现有的基于单个红外宽波段的海面舰船目标探测系统在面对复杂海天背景、岛岸背景、恶劣天气、亮带干扰或诱饵弹干扰等情况时,系统的探测率、虚警率、探测距离等性能指标均会受到严重的影响;为此,开展了基于多波段红外图像的海面舰船目标检测方法的研究。通过中波红外多波段数据采集系统实际采集107组五个中波红外波段的图像;波段1-5分别为3.7～4.8,3.7～4.1,4.4～4.8,3.7～3.9和4.65～4.75 μm;对多波段图像进行手动标注构建样本数据集,其中,正样本舰船目标298个,负样本非舰船目标353个。对于多波段红外图像,首先进行PCA降维并采用选择性搜索算法生成初始目标候选区域;针对候选区域中存在大量明显的非舰船目标区域的问题,利用积分图像计算候选区域的局部对比度,依据红外舰船目标的几何和灰度特征从初始目标候选区域中筛选出舰船目标可能性大的区域作为舰船目标候选区域。然后对舰船目标候选区域进行拓展以融入局部上下文信息,对于候选区域对应的5波段红外图像,分别提取每个波段图像的稠密SIFT特征,并将128维SIFT特征向量降为64维,融入SIFT特征的空间和波段位置分布信息得到新的特征向量,基于高斯混合模型对候选区域的特征向量集合进行编码融合得到舰船目标候选区域的费舍尔向量表示,最后利用线性SVM分类器识别出舰船目标。对多波段图像进行舰船目标候选区域生成实验,所提出的基于红外舰船目标的几何和灰度特征的约束方法可以有效地克服选择性搜索算法的不足,从初始目标候选区域中快速定位出舰船目标候选区域,对25组多波段图像进行实验,舰船目标候选区域生成的整体耗时为0.353 s,定位舰船目标区域耗时0.005 s。对100个正负样本进行目标识别测试,所提出的目标识别算法融合了目标的多波段图像特征信息,通过引入费舍尔向量挖掘了多波段图像梯度统计特征的深层次信息,算法的识别率达到了0.97,显著高于单波段红外图像的目标识别率。对25组多波段图像进行舰船目标检测实验,所提出的舰船目标检测方法能够在海天背景、岛岸背景以及亮带干扰等不同场景下完成海面舰船目标的检测工作,舰船目标定位准确,舰船目标召回率达到了0.95,每组多波段图像的平均检测耗时为1.33 s。研究结果表明,充分考虑海面舰船目标在红外图像中与局部海洋背景的辐射差异以及有效地融合舰船目标在多个红外波段图像中的辐射特征,可以增强舰船目标的可分性,提高舰船目标的识别率以及检测率,为基于多波段红外图像的海面舰船目标检测提供了新的技术支持。     

融合全卷积神经网络和视觉显著性的红外小目标检测

为提高复杂背景和噪声干扰下红外小目标检测性能,提出了融合深度神经网络和视觉目标显著性的单阶段红外小目标检测算法.首先设计了基于编码器-解码器架构的轻量级全卷积神经网络对红外图像进行分割,实现背景抑制和目标增强;然后利用红外小目标的显著性特征进一步抑制虚警;最后采用自适应阈值法分离出小目标.网络结构中通过引入多个下采样层降低计算量并增大感受野;通过引入多尺度特征提升背景抑制能力;通过引入注意力机制提升模型训练效果.在真实红外图像上的测试表明,本文算法在检测率、虚警率和运算时间等方面都优于典型红外小目标检测算法,适合进行复杂背景下的红外小目标检测.     

红外干扰模拟器的微光学扩束技术

基于双干扰光路红外干扰模拟器的光束扩束技术,设计了微透镜阵列扩束系统,利用光刻胶热熔技术对微透镜阵列进行加工并对干扰模拟系统的能量收集效率进行测试.实验结果表明两干扰光路的能量收集效率分别为27.3%和26.9%,与设计结果30.8%基本符合;验证了微透镜阵列作为扩束元件在红外干扰模拟器中的应用价值,为红外成像仿真技术及多干扰光路红外成像目标模拟器的工程化研究提供了参考.     

一种红外场景/点源目标模拟器技术研究

研究了一种红外场景/点源目标模拟器。模拟器由一路红外场景、一路点源目标和四路点源干扰组成。模拟器包括点源目标/干扰通道、中继光学系统、成像通道、多目标复合系统、运动控制系统和机械支撑及连接结构,可以同时模拟一路点源目标,四路点源干扰和一路红外场景。对模拟器进行实验研究,模拟器所生成红外图像的空间分辨率达到10 lp/mm,模拟器点源光斑尺寸最小为42μm,最大为499μm。该模拟器已经成功应用到半实物仿真试验中。     

基于多特征融合的微弱红外运动目标跟踪方法

利用红外跟踪测量系统能够同时获取目标运动信息(包括方位角、俯仰角以及角速度)、目标信号幅度及其成像面积等.提出了一种基于多特征融合的弱红外运动目标跟踪方法.分析了红外成像系统中目标信号特点,得到目标的运动、幅度和面积具有一致性和连续性,符合高斯分布;采用概率数据关联滤波推导量测各特征的关联概率,并根据特征的波动状况确定...     

基于回形窗的弱小多目标图像分割方法

提出一种红外弱小多目标图像分割方法,用一个回形窗口和对比度阈值分割图像.对天空背景下低信噪比的红外弱小多目标图像序列能够有效的分割,抑制噪音干扰.将该方法与传统的图像分割方法做了比较,并对用不同阈值,不同窗口分割时的分割结果进行了分析.实验表明,该算法在执行效率和检测概率上能够取得满意的结果.     

红外鱼眼系统下的多目标航迹起始方法研究

为了实现红外鱼眼系统下对多目标航迹进行起始,分析了红外鱼眼系统下目标在像面上的运动特点,提出了用于红外鱼眼系统的多目标航迹起始算法。算法采用逻辑法中的3/4逻辑,利用最大速度约束法去除各采样周期中大部分非相关量测点,用Hough变换方法确定可能航迹,用匀速约束对航迹进行确认。利用模拟目标对算法进行了实验和分析,结果表明,该算法与标准Hough变换法和逻辑法相比,航迹起始性能有了明显提高。当杂波个数为450个时,航迹起始虚警率仅为14%;对非断点航迹的成功起始时间为3帧,对断点航迹的成功起始时间为4帧,且在密集杂波环境下算法执行时间也较短。     

室内多波段光轴一致性测试系统的设计

介绍用于室内检测多波段光电设备光轴一致性的测试系统。该系统采用准直平行光管为测试系统提供无穷远目标。为满足全波段测试，光束无中心遮拦，系统选用离轴抛物面全反射光学系统。采用多光谱分光镜为激光光斑提供瞄准基准，带温控热十字丝的高斯目镜为红外和可见光波段提供瞄准基准，实现了光电设备之间可见与红外、可见与激光、激光与红外光轴的一致性测试。系统具有测试精度高、测试结果可靠等特点。根据初步估算，可见与红外、可见与激光、红外与激光之间的光轴一致性测试精度分别达到了4.01″， 1.08″和 4.05″的水平。该系统有效解决了多波段光测设备光轴间的一致性测试问题。     

红外多目标复合模拟器光学系统设计

详述了适用于3～5μm波段、长入瞳距多目标复合的投影光学系统设计。系统实现了干扰和目标发生器共用一个投影光学系统,入瞳距大于2000mm。原理上采用目标系统、干扰系统、主投影系统分开设计,并在主投影系统焦平面上放置中间像面实现目标和干扰的复合。给出了最后的设计结果,包括点列图、调制传递函数曲线。入瞳距2050mm,入瞳口径Φ75mm,视场±2°。     

基于双TMS320DM642处理器的实时红外多目标图像处理系统

按照模块化设计理念,提出以TMS320DM642芯片为核心器件的实时红外多目标图像处理系统的设计方案,结合现场可编程门阵列FPGA完成对红外焦平面探测器输出图像数据流的实时采集、处理和输出。采用两级级联方式对多目标图像并行处理,提高图像处理的实时性。实验表明该系统处理一帧320×240分辨率的图像平均需要耗时15 ms,保证了对多目标跟踪的实时性。     

Johnson准则在红外成像系统外场识别性能评估中的应用

通过对外场观测的红外图像进行反演,获取了目标的临界尺寸和目标与背景的平均温差.以热成像系统的测试最小可分辨温差曲线为基础,确定了反演目标表观温度对应的空间频率,并结合Johnson准则和目标传递概率函数建立了实测目标图像与热成像系统探测识别性能的数学模型.该应用技术在外场识别性能评估中避免了人员对红外靶标图像的主观判读,可建立起客观的外场红外系统性能评估模型.对外场实测热图像及数据进行了实验,计算结果表明该模型可以有效地对红外成像系统的探测识别性能进行评估.     

Robust infrared target tracking using discriminative and generative approaches

The process of designing an efficient tracker for thermal infrared imagery is one of the most challenging tasks in computer vision. Although a lot of advancement has been achieved in RGB videos over the decades, textureless and colorless properties of objects in thermal imagery pose hard constraints in the design of an efficient tracker. Tracking of an object using a single feature or a technique often fails to achieve greater accuracy. Here, we propose an effective method to track an object in infrared imagery based on a combination of discriminative and generative approaches. The discriminative technique makes use of two complementary methods such as kernelized correlation filter with spatial feature and AdaBoost classifier with pixel intesity features to operate in parallel. After obtaining optimized locations through discriminative approaches, the generative technique is applied to determine the best target location using a linear search method. Unlike the baseline algorithms, the proposed method estimates the scale of the target by Lucas-Kanade homography estimation. To evaluate the proposed method, extensive experiments are conducted on 17 challenging infrared image sequences obtained from LTIR dataset and a significant improvement of mean distance precision and mean overlap precision is accomplished as compared with the existing trackers. Further, a quantitative and qualitative assessment of the proposed approach with the state-of-the-art trackers is illustrated to clearly demonstrate an overall increase in performance.     

基于多特征差异检测与联合控制映射的红外图像选择加密算法

为了实现对红外图像的选择性加密,提出了基于多特征差异检测与联合控制映射的红外图像选择算法。引入分段正弦变换,将输出图像分割为3个不同的区域,对每个区域完成不同的拉伸变换,完成初始红外图像的增强,凸显真实红外目标;再利用增强图像中目标与背景的灰度差异,从而设计目标决策因子,并分割Top-Hat变换的结构元素,构建红外背景抑制机制,过滤杂波与噪声;利用灰度水平、对比度与相似度,建立多特征差异检测模型,提取包含真实目标与可疑目标的感兴趣区域;以Logistic映射为控制条件,综合Tent映射与Chebyshev映射,设计联合控制混沌映射,利用其输出的混合随机序列对感兴趣区域进行置乱;引入引力模型,对混淆的感兴趣区域内的像素进行扩散,完成红外目标选择加密。实验结果显示:与已有的图像局部加密机制相比,该文算法输出密文信息熵值达到了7.982 6,能够更好地用于红外图像局部选择性加密。     

动态红外三角形目标及干扰模拟技术研究

针对圆型目标模拟器模拟来袭飞机或导弹等红外三角形目标逼真模拟问题,研究了动态红外三角形模拟技术。采用等腰三角形的几何原理,提出一种新型大小和方向连续可变而质心不变的等腰三角形光阑设计方法,实现了0~3大小、0~360方向动态可调的三角形目标;采用红外宽光谱偏振器组合技术,实现了目标源或干扰源的辐射强度0~100%的连续变化;采用二维平移台及可变圆形光阑,实现了干扰的大小变化及其轨迹变化;研究了基于Windows操作系统的实时控制技术,设计了包括MFC和RTSS双进程的主控软件,实现了控制指令500 s的实时响应。试验结果表明,带有干扰源的动态红外三角形模拟器能逼真模拟来袭飞机或导弹及释放诱饵的红外辐射特性变化过程。     

Review on multi gas detector using infrared spectral absorption technology

To provide some references for researchers engaged in infrared multi gas detection, this study introduced the infrared multi gas detection system thoroughly from infrared light source, infrared detector, optical multiplexing structure, and detection method. Currently, the coherent source represented by quantum cascade laser has replaced the traditional incoherent source like thermal radiant infrared light source and became the dominant light source in infrared multi gas detection. Accordingly, the infrared photodetector is widely used. The optical multiplexing structure based on the “multiplexing thought” is the core of infrared multi gas detection system. It mainly includes the single-source multiplex detection structure and multi-source multiplexing detection structure. Nondispersive infrared spectroscopy, long optical distance spectroscopy, wavelength/frequency modulation spectroscopy, cavity enhancement spectroscopy, and photoacoustic spectroscopy are major detection methods used in the infrared multi gas detection. This has important significance to many fields, such as industrial and agriculture production, environmental monitoring, life science, etc.     

车载红外告警系统中目标航迹管理及DSP实现

介绍了车载红外告警系统中多目标的航迹建立及目标从图像坐标到载体坐标的转换方法。系统在方位360°视场内均匀布置了6个红外传感器，天顶方向布置1个红外传感器，形成360°全半球视场。每个传感器对应1个目标检测板，系统设计有1个系统控制板，用于对目标进行坐标转换、航迹管理以及向各个检测板发送控制命令。当目标检测板完成目标检测后，便向控制板发送7个传感器中的目标信息，控制板对目标进行坐标转换使之统一于载体坐标系，在载体坐标系建立目标航迹并对航迹进行预测管理，最后通过串口向上位机输出目标在载体坐标系的位置信息并报警。实验证明，转换后的目标位置完全正确，且误差小于1°，满足系统指标要求。     

外场使用红外靶标系统的设计

为了实现在外场对红外探测器进行最小可分辨温差（MRTD）测试，对MRTD的原理及过程进行了阐述，结合过去常用的技术手段，设计了一套用于外场的红外靶标系统。利用面源黑体作为被测目标源，降低了控制难度；采用旋转靶轮的方式切换不同的空间频率，减小了面源黑体的尺寸；利用二维调节机构实现目标靶方位角与俯仰角的手动调节。红外靶标系统可实现5 ℃～100 ℃的温度变化，靶面温度不均匀性小于1 ℃，可提供12组不同空间频率的MRTD测试靶标。经过有限元分析表明:整个系统稳定性好，可以满足外场MRTD测试的需要。     

目标辐射特性现场校准用大面积黑体辐射源技术研究

红外成像技术在空间探测、对地观测、安防监控等领域的应用越来越广,为了确保红外目标识别的准确性,必须掌握目标的辐射特性。目标辐射特性需要在外场实际条件下测量得到,需要利用大面积黑体辐射源对目标特性测量设备进行现场辐射参数校准。设计了一种大面积黑体辐射源,辐射体采用铝材质并发黑处理,大面积黑体辐射源温度控制采用PID控制算法。在外场实际环境温度为26.8 ℃,湿度为60%时对目标特性测量设备辐射参数进行了校准。试验数据表明:辐射温度测量不确定度为0.4 ℃（k=2）,取得了较好的应用效果。     

植物蒸腾作用对红外辐射特征的影响研究

研究植被的红外辐射特征是开展地面军事目标红外伪装与隐身的基础,模拟植被红外特性的形成机理可实现目标与背景的精确融合。叶片蒸腾是植被特有的生理机制,是影响植被红外辐射特征的主要因素之一。通过建立植物叶片的能量平衡物理模型,分析计算出植物蒸腾特性对叶面温度的影响。应用气孔计、红外热像仪实测了樟树、冬青等典型植物叶片的蒸腾作用、叶面温度、红外辐射特征的日周期变化,通过与干枯叶片的对比表明,植物蒸腾作用能够有效调节叶片的能量平衡,控制叶面温度处于合理的范围内,抑制叶片红外辐射特征的深幅变化。     

Morphological center operator for enhancing small target obtained by infrared imaging sensor

Infrared small target in image obtained by infrared imaging sensor is usually different from the surrounding regions, which is the important region in infrared image for different applications. However, the infrared small target is dim and embedded in clutter background, which makes the small target difficult to be detected or recognized. So, it is important to enhance infrared small target. Morphological center operator could smooth important image features, which may be well used for infrared small target enhancement. To well enhance infrared small target, a morphological center operator based method is proposed. The morphological center operator is specified to suppress most of the background of the infrared image through the strategy of feature extraction. Then, the infrared small target is well enhanced. Experimental results show that, the proposed method performs well for enhancing infrared small target and the performance is better than some other methods. So, the proposed method could further improve the performance of infrared imaging sensor.