红外单站被动定位技术速度更新算法研究

针对红外单站被动定位技术中空中机动目标的运动速度不断变化这一实际情况,提出了一种基于红外相机运动特性的对目标的运动速度进行实时更新的校正算法.该算法克服了大多基于匀速直线运动这一空间模型的红外单站被动定位方案目标速度不变的缺点,客观地反映了空中机动目标的实际运动状况,不仅能对目标的运动速度进行实时准确的更新校正,而且可推演出一种新的红外单站被动定位算法,对推动红外单站被动定位技术的工程实用化进程具有重要的意义.     

污染气体扫描成像红外被动遥测系统实时数据处理研究

使用红外被动遥测技术可实现污染气体的远程监控和预警. 该技术应用过程中, 获取背景辐射是进行定量解析的关键, 在已有的应用中, 多采用同条件测量法和上风口测量方法获取背景光谱和环境光谱, 但这些方法均需要提前或者同时测量无目标物的背景光谱, 难以在实际应用中满足快速响应的需求. 本文基于红外辐射传输模型分析, 通过研究在800–1200 cm^-1波段内的实测光谱中同时包含目标、背景和环境辐射的基本原理, 采用了一种不需要事先测量背景的目标特征的背景光谱实时提取算法, 通过将该方法应用于自主研制的污染气体扫描成像红外被动遥测系统, 以六氟化硫为示踪气体, 开展了遥测验证实验. 将获取的浓度数据与应用同条件测量法获取的数据进行了比较, 结果显示两者的相关系数平方值达到0.99, 表明该方法切实可行, 可有效提高系统的响应速度和适用范围. 关键词： 傅里叶变换红外光谱 被动遥测 实时光谱提取算法     

基于能量分布的红外像点定位分析方法

在红外探测器的应用中,常用统计分析、算例验证等方法研究目标成像精确定位问题。鉴于上述方法难以充分阐释物理意义与揭示普遍规律,提出基于能量分布及成像特征的分析方法,针对红外探测目标成像精确定位问题,利用能量分布和数字图像中成像规律,研究像点定位及精度分析。研究了红外目标成像和数字图像特点,建立了定位模型和方法流程;分析了定位误差影响因素,实现了定位结果精度评定;最后结合典型应用实例,进行了计算验证。该方法与已有方法相比,分析过程更直观,获取了红外像点定位分析的理论依据,并给出了定位结果的精度水平：通常红外成像应用中,精度优于1/6像元;在成像较大时,精度可达1/10像元以上。该研究结论对红外探测应用中目标准确定位具有重要意义。     

基于光电技术的速度测量方法

根据光电鼠标成像定位原理,用红外激光二极管和光电鼠标导航芯片测量物体位移,用单片机定时器测量时间,计算得到物体运动的瞬时速率.该方法实现了对运动的物体进行非接触式测量,并可以获得物体的速度曲线和加速度曲线.     

单、双站被动定位技术在军事探测中的应用

根据红外辐射在大气中的传输特点,导出了利用消光系数对空中目标进行定位的公式,给出了空中目标在有相对运动时的单站无源定位,和目标在无相对运动时的双站交叉定位方法,即:利用两台相同的红外告警器对来袭目标进行定位的方法.这两种被动定位方法可以应用于二炮阵地系统的红外告警.     

基于红外标准星的红外辐射标校方法

为了提高空间目标的红外辐射测量准确度,提出了基于精确校准的红外标准星的红外辐射标校方法.测量不同大气质量处多颗具有较高光谱分辨率的红外标准星,采用天文孔径测光法对望远镜拍星数据进行处理,依据大气消光模型进行最小二乘线性拟合,获得了测量系统的红外辐射响应率和大气消光.1.2m望远镜上中波红外成像终端验证性实验结果表明,该方法的恒星辐照度反演误差最大为16.28%.且该方法无需增加额外设备,操作简单,易于实现,可随时对测量设备进行实时标校.对地基大口径望远镜的红外辐射测量具有一定的应用价值.     

红外成像技术在靶场中的应用

本文就红外成像技术在靶场的应用，阐述了靶场应用的必要性、可行性以及注意的几个问题。分析了红外成像技术在靶场外弹道测量、图像传输和目标热场分布测量等方面的优势；通过理论计算，分析了红外成像测量系统选用的波段、可能达到的作用距离和测量精度等技术指标；结合靶场的工作实践，提出了红外测量系统在靶场应用中应重视的窗口选择、图像时延与传输、双目标识别以及标校等问题。     

舰船目标红外图像特性研究

 针对成像型反舰导弹所获红外图像的特点,分析了舰船目标和海天背景的红外辐射特性,得知舰船目标红外图像有一重要特征-海天线,它可以确定目标的所在区域。为了舰船目标的跟踪定位,对舰船目标红外图像中的海天线特征进行研究,提出一种基于预处理和直线拟合法提取海天线特征的算法,首先对图像进行边缘检测得到梯度图像,进而二值化并细化,最后利用Hough变换提取海天线。结果表明,在低对比度和有云团干扰的情况下,该算法与改进的直线拟合法相比,能够有效地、准确地提取舰船目标红外图像中海天线特征。     

一种基于纹理特征的红外成像目标跟踪方法

提出了一种基于LBP（Local Binary Pattern)纹理特征的红外成像目标跟踪方法,将LBP纹理特征集成到了核跟踪方法中.根据目标各区域对背景的区分能力不同,提出了目标各区域置信度的评价方法,用基于区域置信度及空间距离核加权的LBP特征概率密度函数,构造了目标及候选目标的特征模型.通过相似性度量,利用均值漂移方法实现了基于纹理特征的红外成像目标跟踪.实验结果验证了该算法在红外成像目标跟踪中较基于灰度的均值漂移跟踪算法更为鲁棒.     

一种改进的红外图像归一化互相关匹配算法

分析了传统归一化互相关算法在红外空中目标匹配定位时失效的原因,提出一种改进的红外图像归一化互相关匹配算法.该方法将模板和匹配区域之间的纹理相关计算看作一个最优化问题,寻求使图像纹理相关匹配鲁棒性最好的相关基准值,用图像的相关基准函数替代传统方法中的区域均值部分,构造了一种适用于的红外目标匹配的归一化相关算法.实验结果表明,该相关匹配算法对模板中背景部分的变化和非均匀性亮度变化有良好的抗干扰能力,较好地解决了恶劣环境下红外对空目标跟踪中匹配定位出错的问题.     

空中目标多波段红外辐射特性描述与仿真分析

针对空中目标在复杂背景下的探测需求,根据实际目标的运动特性,分析目标在飞行高度、飞行姿态角改变时的辐射特点,基于MODTRAN计算得到大气辐射和衰减数据,建立目标的三维模型、热辐射和反射模型,搭建空中目标的红外成像仿真系统.分析和仿真结果表明:在中波波段,目标尾焰的红外辐射比蒙皮强很多,在长波波段,蒙皮的红外辐射比较强,仿真图像的细节比较多,尾焰的红外辐射虽然有所减弱,红外成像效果依旧很好;相同探测条件下,由于位置越高大气越稀薄,探测器的可探测距离会变得比较远.目标红外辐射特性的分析和红外仿真系统的搭建对缩短红外探测器的研制周期和进一步确定探测器波段和系统分辨率等指标提供了参考依据.     

Small moving infrared space target tracking algorithm based on probabilistic data association filter

Numerous false alarms for low signal-to-noise ratio (SNR) would seriously debase the performance for infrared low observable (LO) space target tracking. Due to the motion (i.e. azimuth, elevation and their derivative velocity), amplitude and size of infrared target are almost invariable and highly correlative, a multi-feature association approach based on probabilistic data association (PDA) is presented to track target in this paper. Firstly, the motion, amplitude and size of target are modeled as stationary random signal afforded Gaussian distribution. The probability of motion, amplitude and size of measurement originated as the target of interest is then estimated by Gaussian distribution, and that of false alarm is distributed uniformly. Subsequently, the combined probability of motion, amplitude and size is derived by PDA, and their weight coefficients are estimated adaptively according to their fluctuations. Finally, the relevant parameters including combination measurement are predicted and updated. Some experiments are included and the results show that the performance of target tracking by the proposed approach is significantly enhanced.     

基于神经免疫生长可免域网络的红外光谱图像分割算法

管道运输对远距离输送石油天然气有着较大优势,而与之伴随的管道安全问题使得管道安全检测至关重要。为确保任何时间下管道状况的有效检测,红外成像技术由于其根据对象的热辐射信息反映目标特征的特殊性,能够忽视可见光的影响检测管道状态,因而在管道检测领域有重要意义。但由于户外环境的多样性,交错的管道和复杂环境使得采集的红外管道图像具有目标特征分布不均匀,目标遮挡和背景类目标干扰等问题。这些问题增加了提取管道目标的难度,不利于管道的分割和检测。生物免疫系统在抗原检测、提取和消除上表现出识别、学习、记忆、耐受和协调配合等目前复杂系统优化策略所缺乏的优异特性,借鉴生物神经系统调控免疫系统的机理,设计一种基于神经免疫网络的复杂背景下红外管道目标的检测与提取算法。根据生物神经网络在免疫系统中的调控机制,利用基础管道形状特征模型构建用于红外管道目标定位的神经网络,并将最优神经免疫可免域和区域种子生长结合,解决管道遮挡影响提取目标完整性的问题。选择三种典型的红外管道图像,将传统目标检测算法与基于神经免疫网络的算法进行了效果对比分析。结果表明,传统算法的平均真阳性率为40.56%,Jaccard相似性指数为27.18%,绝对误差率为11.75%,而基于神经免疫网络算法的真阳性率为98.05%,Jaccard相似性指数为94.44%,绝对误差率为1.18%。对比可知,神经免疫网络算法的真阳性率比传统方法高57.49%,绝对误差率则低10.57%,验证了复杂背景下,本文算法相比传统方法能够更加准确地提取完整的红外管道目标,这对管道安全检测效率的提高有着重要意义。     

基于加权最小二乘法的红外多站定位的研究

基于加权最小二乘法,建立了红外多站无源系统定位算法的数学模型,给出了方程的求解过程,并讨论了算法的实现.采用加权最小二乘法可有效的融合多个站点的信息,从而可提高系统的定位精度和可靠性.仿真结果表明:定位时所使用的站点数目越多,定位目标与站点的相对位置越好,距离越近,定位精度就越高,这对近程高精度定位的研究具有借鉴作用.     

Non-uniformity correction algorithm for IRFPA based on motion controllable micro-scanning and perimeter diaphragm strips

Non-uniformity correction is the key issue for the image quality improvement of infrared focal panel array (IRFPA) imaging. A non-uniformity correction (NUC) algorithm for IRFPA based on motion controllable micro-scanning platform and perimeter diaphragm strips is presented. We initially execute one-point calibration to the perimeter detectors, then based on controllable motion of adjacent frames, a special algebraic algorithm is proposed to transport the calibration of the perimeter detectors to those interior un-corrected ones. In this way, the bias parameter of the whole field of view (FOV) is calculated. The algorithm can be easily combined with sub-pixel imaging, thereby improving the quality of thermal imaging system (image spatial resolution and uniformity). All calculations are algebraic, with a low computation load. The algorithm can realize adaptive one point calibration without covering the central FOV rapidly. Experiments on simulated infrared data demonstrate that this algorithm requires only dozens of frames to obtain high quality corrections.     

基于大气氧光谱吸收特性的单目单波段被动测距

根据目标红外辐射在大气中传输衰减的特性探测传感器与目标的距离, 隐身无源, 难于被敌方探测, 发展了一种基于大气氧组分光谱吸收特性的单目单波段被动测距方法.引入视线路径的概念, 将氧物性分布场离散化, 寻找辐射积分路径; 利用离散传递法基本思想, 得到目标窄带辐射强度分布.基于氧分子吸收发射谱独立、吸收系数恰当, 饱和可测范围大等特性, 分析氧吸收波段内谐振频带和远谐振频带辐射强度谱线分布的相对关系, 得到其与积分路径(即距离)的关联. 采用分辨率为0.75 nm半高宽的窄带高分辨率光谱仪, 实地校准氧物性分布场, 实现了测距实验范围75–200 m, 模型测算相对误差最大为7.56%的样机. 关键词： 被动测距 单目测距 单波段测距 氧光谱     

Bearings-Only Target Motion Analysis Using a Dual-Waveband Infrared System

Infrared systems are widely used for target detection, designation and tracking. For example, an Infrared Search and Track (IRST) system, as a typical airborne or shipboard detecting device, is widely equipped for the remote target detection and tracking. In recent years, the problem of target motion analysis (TMA) and tracking has been studied increasingly extensively. In an airborne infrared system, the problem becomes more difficult due to absence of range information. In this paper, the infrared model and motion model of typical aerial targets are described. An airborne dual-waveband IRST system, which is quite familiar nowadays, is choosed for implementation of target motion analysis. Based on the above, a novel and more practical algorithm of target tracking via bearings-only measurements is formed and the major parameters are defined according to a typical airborne dual-waveband IRST system. Finally, data simulation is implemented, and the results demonstrate the new algorithm has a better performance than before for bearings-only target tracking.     

目标表面发射率对红外辐射偏振特性的影响分析

偏振探测不仅可以获得目标的光谱、强度、偏振态以及空间几何形状等参数,还可以获得更丰富的目标信息,有利于改善对目标的探测和识别能力。红外辐射偏振成像是近年来发展起来的一种新的红外探测技术,主要通过目标与场景的红外辐射偏振特性差异进行目标探测与识别。但由于红外辐射偏振信息在传输过程中,其偏振态会受到传输介质的影响,而通常基于实验分析总结目标红外偏振特性的方法难以对偏振传输过程中的影响因素进行估计,也不能定量描述各相关参数对于红外偏振信息的影响。通过微面元理论的双向反射分布函数模型,建立了基于偏振双向反射分布函数的红外辐射偏振传输方程,推导分析了目标表面发射率对红外辐射偏振度的影响,结果表明:目标表面发射率对目标红外偏振度影响可以忽略;在理论分析基础上,有针对性的开展红外光谱偏振探测试验,试验数据分析与理论推导结论吻合。这表明:材料表面发射率的变化不影响目标表面的红外辐射偏振度。该研究成果有利于提高红外伪装探测的目标识别效率,可为进一步提高红外偏振成像系统的伪装目标探测提供新的途径和方法,如在伪装目标探测识别中,通过探测其表面的红外辐射偏振特性的改变实现伪装目标识别探测。     

Method of Calculating the Radiance of Point-Source Target in Infrared Image

In traditional method of obtaining the radiance of target in infrared image, a target is often considered as an extended source. In that way, we only need the atmosphere transmittance, path radiance, and target apparent temperature to calculate the blackbody equivalent temperature of the target. However, in real infrared system imaging process, the target may be so far from the sensor that the target should be taken as a point source. In that case, the traditional data analysis method is not applicable anymore. A new method of calculating the radiance of small target is presented, which is based on the infrared system imaging theory. And the parameter needed to be input in this method is easily obtained. This method is tested by three different imaging systems. They are Thermal Vision AGEMA 900, AGEMA 1000, and Airborne Surveillance Pod Imaging System. The method is programmed into software, IRIDAS (Infrared Radiation Image Data Analysis Software) version 1.0. This software includes infrared imaging system calibration, atmosphere modification calculation, target and background selection and radiance calculation. This method can be used in infrared data anaylsis, infrared system evaluation and testing, target and background characteristics obtaining.