机载红外热像仪探测海面温度场的仿真计算

通过建立海洋背景下的红外辐射模型,对机栽红外探测系统所获得的热图进行了仿真计算,提出了一种从探测器红外焦平面上的探测像元到海面红外辐射单元的映射方法。利用MODTRAN软件计算了被探测海域各红外辐射单元通过大气传输后最终到达机载红外热像仪探测像元的红外辐射强度,最后利用Visual ＋＋结合计算机图形学方法实现了红外热图的仿真计算。仿真结果基本反映了海面温度场的红外特性。     

舰船尾迹和海面红外仿真成像

舰船在军事领域有着极其重要的地位,其尾迹对海面的温度和高度都会造成相较明显的变化,且具有持续时间长、不易消除等特点,所以模拟舰船尾迹和海面红外辐射图像可以更为直观地识别舰船目标,具有强烈的军事需求。以MODTRAN软件模拟的不同背景环境下大气对8μm～14μm波段的透过率为数据基础,结合Cox-Munk坡度概率分布模型并考虑海浪遮挡因素建立了一种舰船尾迹红外辐射模型,模拟了不同背景环境、不同探测距离的红外尾迹图像。仿真结果表明：相同探测条件下,随着探测距离增大,舰船尾迹辐射亮度减小,但粗糙海面对红外辐射的遮挡作用显著减弱,海面舰船尾迹更易被识别;大气传输模型对红外成像结果影响较大,夏季背景辐射能量大且海面平均遮挡作用小,舰船尾迹红外成像更为清晰。     

大气传输特性对目标与背景红外辐射特性的影响

本文对影响大气红外辐射透过率和大气自身的红外辐射因素及计算方法进行了讨论，利用大气传输特性分析软件－LOWTRAN7分析计算了大气红外辐射的透过率和大气自身的红外辐射，并讨论了大气辐射与吸收对目标与背景红外辐射特性的影响，对利用理论模型得到的目标与背景红外辐射图像进行了修正，获得了比较接近实际的红外模拟热图像。     

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。     

红外偏振图像的舰船目标检测

红外成像系统作为探测舰船目标的一种重要方式,在军事侦察中起着至关重要的作用,面对复杂背景、恶劣天气环境等情况时,目标与背景局部对比度较低导致红外系统的探测准确率、查全率等性能指标受到严重影响,针对上述问题,开展了基于红外偏振图像的舰船目标检测方法研究。通过8～12μm长波波段红外偏振图像采集系统实际采集86组4个偏振方向(0°, 45°, 90°, 135°)的红外偏振图像,样本中舰船目标309个。对同场景下不同偏振方向的红外偏振图像及红外强度/偏振度图像的目标与背景局部对比度计算,发现海面与舰船目标偏振特征差异能够有效提高目标与背景局部对比度。在前视红外图像中,舰船目标通常位于海天线附近或下方,但复杂背景及天气等因素干扰对红外图像中检测海天线影响较大,为此提出红外偏振图像海天线检测方法,对红外偏振图像直方图进行高斯滤波消除局部极值,依据海面与背景的偏振特征差异,利用双峰法阈值分割检测海天线,最后利用霍夫变换检测海天线,分割出海面作为目标候选区域。针对红外偏振图像受到海杂波严重干扰的问题,提出海杂波背景抑制算法,采取背景抑制,距离加权方法抑制偏振图像中杂乱的海杂波背景。最后,利用MSER算法检测舰船目标,根据舰船目标特性约束条件剔除非目标区域。对86组红外偏振图像进行舰船目标检测实验,所提出的方法能够有效克服复杂背景和海杂波等因素的干扰准确检测海天线,通过海杂波背景抑制及舰船特征约束的方法消除海杂波及海岸对舰船检测所带来的干扰,检测准确率、查全率分别为93.2%和95.7%,优于红外舰船目标检测方法,特别在红外图像对比度低的场景下检测效果提升明显,检测准确率、查全率分别提高了46.5%和16.4%。表明充分考虑红外偏振图像中舰船目标与背景的偏振特征差异能够有效提高目标与背景的局部对比度,有利于准确检测海天线,提高舰船检测准确率和查全率,对复杂背景及恶劣天气有较强的适应性,在军事应用中具有极大应用价值,对红外波段舰船目标检测技术的发展有着极为重要的意义。     

红外隐身技术述评

本文讨论飞机、舰船及地面目标的红外隐身技术．目前飞机、舰船及地面目标采取的红外隐身措施，主要是综合使用冷却、屏蔽、遮挡和红外隐身涂料等手段，达到消除或模糊目标与背景间的温差。降低目标红外辐射的强度和亮度．限制目标红外辐射方向等目的。文中还评述了目标的红外隐身技术今后发展趋势。     

舰船辐射噪声模拟发射系统的设计研究

本文依据典型舰船噪声的频谱特性规律,设计研制了一套舰船辐射噪声发射系统实验样机,包括信号结构设计、换能器选择配置、系统构成设计等,本噪声模拟发射系统具有100Hz～16kHz频带噪声的模拟发射功能,包括线谱、连续谱成分,频谱分配和谱线形式可调可控,信号总声源级动态范围达60dB。     

典型结构参数对船体梁抗水下爆炸特性的影响

为了提升舰船抗水下爆炸冲击防护设计水平，首先需要揭示舰船典型结构参数变化对其损伤特性的影响规律。以某型舰船为参考，保留主要结构特征参数，设计了接近真实尺度的梯形横截面船体梁。利用Geers-Hunter理论公式得到各计算工况下的水下爆炸载荷，基于ABAQUS有限元数值模拟方法，对比分析了船体梁长度、外板板厚、型深、型宽等参数变化对船体梁抗水下爆炸冲击的结构响应特性的影响。提出了一种可以表征各典型结构参数对船体梁整体结构强度影响规律的无因次结构强度因子。结果表明：气泡脉动频率与结构固有频率耦合将导致中垂变形；船体梁长度增加使得结构抗弯能力减弱，在水下爆炸响应中的初始中拱变形缓慢增加，最大中垂变形显著增加；船体梁外板板厚、型深、型宽的增加会导致结构在响应期间的初始中拱变形和最大中垂变形减小；初始中拱变形受结构参数变化影响的敏感程度低于最大中垂变形。提出的无因次结构强度因子可以较好地表征船体梁结构整体强度。     

红外烟幕遮蔽率及其分布表征方法

目标与背景的辐射对比度是红外系统探测目标的主要依据,也是烟幕干扰重点降低的一个参量。结合辐射对比度的定义和红外定标原理,由目标和背景的视在辐射亮度引入其视在辐射对比度,并与目标和背景热像图的灰度值关联起来。利用烟幕遮蔽前后与目标和背景视在辐射对比度变化相对应的热像灰度对比度的变化,对烟幕遮蔽率进行表征。用提出的背景灰度方法对干扰实验结果进行了表征,计算得到3组试验的背景灰度值分别为91.902 4、88.002 0、33.285 6,并获得了目标区域各像元遮蔽率的直观分布图,克服了以往以点代面的评价方法。     

移动物体导热和表面辐射耦合问题的数值计算

本文以炉渣冷却为应用背景,对移动物体导热和表面辐射耦合问题进行数值模拟,探讨其数值模拟方法及传输带速度、炉渣厚度等相关因素对炉渣换热及温度变化的影响。计算结果表明,当炉渣量一定时,提高带速可使出口处炉渣温度降低;当渣层厚度不变时,提高带速,出口处炉渣温度提高。计算还表明,对这种具有表面辐射的移动物体,需采用上风差分,且表面辐射计算要采用亚松弛。     

利用QuickBird数据进行热红外遥感成像模拟的研究

针对基于机载热像仪图像或随机产生仿真场景的早期热红外成像模拟系统,提出了对高分辨率QuickBird图像进行星载热红外成像模拟的方法。基于高分辨率QuickBird图像,采用ISODATA法进行非监督分类,得到土地分类专题图,通过地物光谱数据库获得场景地物温度及发射率,从而可获得地面辐亮度图像;利用大气辐射传输软件MODTRAN对其进行大气修正,结合卫星遥感器辐射定标系数,最终可得到卫星遥感器输出图像。仿真结果表明,利用QuickBird进行热红外遥感成像模拟是一种全新而有益的尝试,对伪装效果检验等具有一定的参考价值。     

湿法腐蚀进程的红外热像学研究

提出了一种研究湿法腐蚀进程的新方法———红外热像法。在湿法腐蚀中,金属或半导体基片浸泡在化学试剂中,由于化学能的作用,会在溶剂中产生热能,从而发出红外辐射,利用红外热像仪,将探测到的红外辐射信号送至计算机进行处理,得到热像图,从而可以对湿法腐蚀的进程进行分析。理论分析和实验结果都表明,红外热像法可以直观地观测到湿法腐蚀时显著的热扩散过程,从而对湿法腐蚀进程的监测、控制具有指导意义,同时也是红外技术应用的扩展。     

基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别方法研究

为解决农作物冠层热红外图像边缘灰度级分布不均且噪声较大,而传统图像分割方法难以实现其目标区域有效识别的难题,以苗期红小豆冠层热红外图像为研究对象,将模糊神经网络和仿射变换有机结合,提出了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别模型。首先利用五层线性归一化模糊神经网络的自适应特性,选取高斯隶属度函数,自动计算冠层可见光图像识别的推理规则,有效地分割了可见光图像中的冠层区域。通过分析3种分割指标和熵,定量评价可见光图像冠层分割质量。网络迭代38次时,误差精度为0.000 952,该算法平均有效识别率为96.13%,获取可见光冠层图像的像元信息熵值范围为2.454 4~5.198 7,与标准算法所得冠层图像的像元信息熵仅相差0.245 9。然后以取得可见光图像的冠层有效区域为参考图像,采用仿射变换算法,调整优选平移、旋转、缩放等图像变换因子,配准原始热红外图像,提出了基于仿射变换的冠层热红外图像识别方法。对于初始温度范围值在16.35~19.92 ℃的农作物热红外图像,计算选取旋转幅度为1.0和缩放因子为0.9时,作为异源图像的最优配准参数,获取目标图像的最大温差为3.17 ℃,相对于原图像的平均温度值由18.711 ℃下降至17.790 ℃,进而实现了基于热红外图像处理技术的农作物冠层识别。最后以熵的互信息作为监督指标,对农作物冠层热红外图像识别方法进行评价。提出的冠层热红外图像识别方法,所获取的目标图像与初始热红外图像的平均互信息为4.368 7,标准目标图像和初始热红外图像的平均互信息为3.981 8,二者仅相差0.486 9。同时,两种冠层热红外图像的平均温度差值为0.25 ℃,高效消除了原始热红外图像的背景噪声。结果表明本研究方法的有效性和实用性,能够为应用热红外图像反映农作物生理生态信息特征指标参数提供技术借鉴。     

基于无人机红外光谱技术的影像数据匹配方法研究

无人机加载红外光谱载荷对区域内影像进行获取现已成为遥感领域一种重要的技术手段,可通过对携带位置信息的影像进行分类提取,得到植被盖度、温度指数等一系列因子指标。利用FREE BIRD(自由鸟)小型低空无人机系统挂载Tetracam红外相机(310万像素)对新疆玛纳斯县一河道进行影像获取。无人机飞行面积约为20.5 km2,为了得到更加精确的植被、温度等因子,需要对无人机红外影像进行配准,通过优化SIFT匹配参数和RANSAC粗差剔除后,获取了可靠的匹配结果,即经过算法匹配后的影像与原影像进行了误差比对,能够满足后期的应用需要, 这也是本文的创新点之一。将影像进行配准后进行二维影像拼接,将多张红外影像按照航向重叠度不低于60%,旁向重叠度不低于50%的概率进行拼接,得到拼接后的红外影像图。另外比较了SIFT和SUFT两种算法,利用优化的SIFT算法及改进的FLIR传感器获取1 600张热红外影像,利用地面同步测量数据对拼接后的红外影像进行算法匹配,并利用ENVI(完整的遥感图像处理平台)软件进行温度及植被盖度的影像反演,得到了研究区域的单一影像及红外影像的温度反演图及植被反演图。通过对两种算法的对比得到更加优化的算法模型,并对该模型进行回归分析和精度检验,得到该模型的相关系数R2为0.767,匹配精度为81.51%,模型精度较高。本模型的建立对日后无人机红外影像的配准及提取反演奠定了理论和实践基础。     

基于灰度相关的红外隐身效果评价方法研究

提出了一种基于图像灰度相关算法的红外隐身效果评价方法.通过对采用红外隐身措施前后目标图像的相关处理,提取相关峰的峰显著系数、峰.相关能量比和峰-背景比这三个特征参量来定义红外隐身概率作为衡量红外隐身效果的客观评价指标.采用人眼对红外热图进行判识的统计结果来确定红外隐身概率中各参量的统计权重,从而使计算机图像处理方法所得结果与实际人眼的主观判识结果一致.实验结果表明:此方法适用于对地面典型军事目标的红外隐身效果进行客观评价.     

基于LLE的红外成像彩色化处理算法研究

针对红外图像对比度低、细节较差,且一般是黑白图像,不适宜于人眼观察,提出一种利用局部线性映射方法（LLE）的红外成像彩色化方法。该方法寻求灰度空间到色彩空间的映射,实现红外图像到彩色红外图像的转变,先将目标红外图像和彩色模板图像转换至YUV颜色空间,分离亮度和色彩信息;然后将目标红外图像的每个像素及邻域像素的灰度值串接成矢量,并均匀从彩色模板图像选取部分像素按相同方法串接成矢量,采用欧氏距离搜索最近邻并计算最佳的匹配系数,经色彩值（即U和V分量）计算将模板图像的彩色传递给目标红外图像后搜索亮度最大值的像素邻域并经自动阈值伪彩色编码处理,突出显示重要目标,得到处理后的彩色红外图像。将算法应用于实验室自主开发的热像仪,算法作用后的红外图像不但有了适于人眼视觉的彩色信息,而且用红、黄等敏感色突出了重点热目标,提高了人眼发现和识别目标的速度,实验结果表明,算法有利于侦察人员长时间的目标观察和识别目标。     

近高超声速高温蓝宝石窗口下中波红外成像退化分析仿真与性能测试实验

本文基于高温红外窗口热辐射红外成像探测器干扰机理,开展高温红外窗口成像分析、仿真与实验验证研究工作. 根据流体仿真计算获得的高温窗口温度及实验测得的窗口发射率、吸收率等参数,开展窗口热辐射计算;建立了光学窗口介质内部辐射传输路径和强度计算模型,并给出了窗口辐射出射模型以及相应红外成像模型;基于光学追迹方法,把窗口热辐射成像的计算问题转换成了光学计算问题;设计了一种基于高温蓝宝石红外窗口的加热实验,对红外成像仿真结果进行了检验. 通过仿真结果与窗口加热实验结果对照,将基于模型分析获取图像与实验结果图像作差,得到的平均每个像素误差值为0.45;实验发现在窗口约773 K条件下,设计的中波红外成像系统的信噪比、对比度分别降低到原来三分之一左右,而整个红外成像系统NETD值由原来的约52 mK上升到了954 mK. 本文提出的窗口热辐射分析方法可以有效估计窗口热辐射对中波红外成像的影响,设计的实验对成像系统的指标验证有较好的用途,同时对红外成像系统波段细化优选和成像参数调整,降低图像退化程度,都有着重要的指导意义. 关键词： 近高超声速 高温蓝宝石窗口 气动效应 仿真与实验     

Optical superimposition of infrared thermography through video projection

This paper presents a novel infrared thermography visualization technique where a sequence of captured thermal images is optically and simultaneously superimposed onto the target object via video projection in real time. In conventional thermography visualization, observers have to frequently move their eyes from the object to a 2D screen where a thermal image is displayed. In contrast, the heat distribution of the object’s surface emerges directly onto its physical surface in the proposed method. As a result, the observer can intuitively understand the object’s heat information just by looking at it in the real space. This paper explains the methods of geometric registration and radiometric compensation of the captured thermal image, which are required before video projection. Furthermore, several projection results are shown to validate the intuitiveness and usefulness of the proposed visualization method.     

Digital contour enhancement of infrared image

The digital contour enhancement techniques of infrared image are discussed. Emphasis is laid the thermal spread compensation method. On the basis of describing the theory of the method, the model is suggested. The concrete project based on the model for realizing digital contour enhancement of the infrared thermal image is put forward, and some test results are shown.     

Infrared moving object detection based on local saliency and sparse representation

The key issue of infrared object detection is to locate moving object in image sequence. In order to improve detection precision, an infrared object detection method based on local saliency and sparse representation is proposed in this paper. Motion information, such as velocity, acceleration components are added into the eigenvectors to build local saliency model. And the approximate position of the infrared target is located based on the local saliency. To accurately extract the infrared object, sparse representation is used to capture complete edge of the object. Experiments show that the proposed method can accurately detect infrared moving objects, and has good robustness to external disturbances and dynamic background.