弹道测量中红外焦平面成像系统的应用研究

探讨利用红外焦平面成像系统对常规快速弹丸目标的跟踪与测量的可行性,以便于利用红外探测技术实现高精度远距离的弹道测量。文章选用响应工作波段为3－5μm的红外焦平面器件作为探测元件,对122mm火箭弹的作用距离以及红外两站交汇测量系统对122mm火箭弹的交汇测量精度进行了分析计算。针对计算中目标辐射强度难以确定的问题,采用根据试验结果比对换算的方法予以解决。     

红外小目标辐射测量方法

进行辐射测量时,目标尺寸过小或者距离很远都会导致其在红外探测器上成像面积较小以至于不能作为扩展源直接测量,另外目标成像往往占据多个像元,因此也无法作为传统意义上的点源处理。为解决这一问题,在现有的点源目标测量方法的基础上,提出了一种针对红外小目标的辐射特性测量方法。通过实验和理论分析研究了小目标成像特征,说明其辐射测量与扩展源的不同;通过对目标成像区域去除背景辐射推导小目标辐射测量公式;利用中波红外成像系统进行小目标的辐射测量实验,实验结果证明了该方法的有效性。     

目标红外光谱辐射强度测量技术研究

本文从理论上分析了测量野外目标红外光谱辐射强度方法，提出了实现测量装置的结构形式，并对测量中的关键技术，例如测量速度、系统噪声、分光、信号处理等进行了重点探讨。     

红外目标等立体角标定和测量方法研究

为解决红外目标隐身效果评估过程中辐射计视场响应不均匀对测量结果的影响, 提出一种等立体角标定和测量的方法。采用同光路原理消除光学系统轴外像差造成的视场响应非均匀对测量结果的影响, 实现红外隐身目标辐射强度等参数的标定和测量。以标准黑体为测量对象, 采用本文提出的测量方法对其在(3~5)μm的积分辐射强度进行实验验证, 结果表明其测量值与标准值相对误差小于2%, 测量相对不确定度优于3.7%(k=2)。     

最大化背景模型用于检测红外图像中的弱小目标

提出一种基于最大化背景模型的背景预测算法,用于红外弱小目标检测.算法通过"区域最大化背景模型",来减小背景起伏对背景预测的影响,从而实现对背景更准确的预测,达到提高弱小目标检测性能的目的.算法适用于强对比度云层的空背景、具有人造干扰物的背景和空地背景的红外图像中,具有较强的抗噪音特性,是背景预测算法的一个重要扩展.针对实际红外图像的试验仿真表明,提出的算法是有效的.     

点源红外目标模拟器测量数学模型

用数学公式分析从黑体入射光阑到红外光谱辐射计中探测器的有效响应面及红外辐射的传输过程（包括入射角的余弦值、辐射源的立体角、红外光谱辐射计中的入射光阑口径、光学镜的光谱反射率、大气传输比等因素）对光谱辐射传输的影响。建立适用的目标模拟器测量数学模型。     

利用二阶方向导数极大值检测红外小目标

为提高复杂环境下红外小目标的检测率,提出了基于二阶方向导数极大值的红外小目标检测算法。该算法首先对二阶方向导数的性质进行了分析,对极大值进行阈值翻转操作,将背景中的平坦成分和边缘成分剔除。接着,根据小面模型对背景进行预测,并以预测误差为权值进一步增强小目标区域。以上2个步骤的计算可通过4个卷积实现,加快了检测速度。最后,对少量候选小目标计算局部对比度,降低了虚警率。实验结果表明：该检测算法在6种复杂背景下平均信杂比增益为78.413 0,平均背景抑制因子为35.079 6,具有较强的鲁棒性和较高的检测率。     

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。     

空间目标红外辐射理论计算

建立了空间目标的热平衡方程,利用节点网络法求解其表面温度场分布;然后利用普朗克公式计算了空间目标的红外辐射强度;最后对大气层外某空间目标的表面温度场分布和红外辐射强度分布进行了数值计算。     

基于红外鱼眼探测系统的运动目标模型

建立了适用于红外鱼眼系统的目标运动模型,在不影响精度的前提下减少计算量是达到实时稳定地跟踪红外目标的途径之一。分析了目标在该系统成像的运动特性,结合系统帧频采样率较高的特点,提出了一种改进的匀速运动模型,并从理论上与"当前"统计模型的跟踪精度进行了对比分析。结果表明,在红外鱼眼系统采样率较高的情况下,匀速运动模型可以达到与"当前"统计模型相当的跟踪精度;利用卡尔曼滤波对模拟轨迹进行跟踪实验,验证了上述分析结果的正确性。该模型结构简单、运算量少,对于红外鱼眼系统下目标实时跟踪具有重要的意义。     

外场用红外目标模拟器辐射特性测量研究

野外便携式红外目标模拟器作为红外目标辐射源,广泛应用于各军兵种武器装备的效能测试评估中.针对外场模拟辐射源不能精确标定的问题,采用标准面源黑体和红外傅里叶光谱辐射计相结合标定的方法,对红外模拟器特定温度下的光谱辐亮度进行测量,计算出感兴趣波段的积分辐亮度,根据模拟器辐射面积给出用户需要的模拟器各设定温度下的辐射强度.分析计算表明:计算出的感兴趣波段的积分辐亮度值和理论曲线相比较,取得了良好的一致性,间接验证了该方法的正确性.     

红外运动小目标的检测

通过分析天空背景下红外运动小目标、噪音以及背景的特征,提出一种检测方法·首先利用向量小波变换对运动图像进行预处理;其次采用图像差分进行目标的粗检测,提取出候选目标;最后可根据运动目标和噪音的特征对候选目标进行识别,检测出真实的运动小目标·实验证明,该方法可有效检测天空背景下红外运动小目标·     

局部灰度化的空中红外目标探测方法

在红外探测系统对空中目标进行低空探测时,地面的各种景物也可能进入探测器视场内,地面景物的存在将对目标的探测产生影响。从红外成像的角度出发,主要对地面景物会降低系统探测能力的问题进行了研究,分析了这种影响形成的原因,并针对该问题,提出了通过灰度化探测器视场内特定信号区间的方法。该方法对目标和其所在背景的辐射进行估计,再根据二者辐射的范围对灰度化信号区间的长度和位置进行确定,并最终得到所需灰度化信号的范围。计算和实验结果表明,采用该方法可以充分利用探测器的分辨本领,提高在地面景物存在情况下系统的探测性能。     

红外标定理论计算与应用

对于海上红外跟踪、搜索设备作用距离能力及距离和角度精度标定检查的目标建设,虽然为压制背景噪声、排除景物影响而采用过多种方法,但这些方法均不能满足海上背景的实际环境条件.介绍了红外标定理论计算方法,借助方位、仰角及距离精度标定、作用距离能力的检查工程应用,充分证明该方案科学合理,简便易行.该方案对弥补外场标定设备同步建设不足、解决海上红外探测设备外场标定的难题以及检查该类装备的标定具有一定的指导意义.     

基于海天线的红外掠海小目标跟踪

针对红外掠海小目标对比度低,容易受到噪声、海面杂波、云层等干扰,导致跟踪失败的问题,提出了一种基于海天线的红外掠海小目标跟踪方法。通过对红外成像系统进行分析,利用拉普拉斯滤波抑制背景噪声,根据图像中海天线的位置信息,确定目标所在区域并进行目标检测。检测出可疑目标后,利用其灰度、尺寸、面积等特征信息,选出真实目标进行跟踪。实验结果表明,该算法对红外掠海小目标有很好的跟踪效果。     

红外小目标与背景辐射对比度的研究

红外目标与背景的对比度特征是红外探测系统检测的重要特征。研究了目标和背景在探测器上的辐射照度,提出了一种红外小目标与背景的辐射对比度,分析了该目标与背景对比度的相关因素。     

海面空中目标的红外偏振辐射特性仿真分析

将偏振特性结合到强度信息中可有效提高天基系统对海面背景下空中目标的探测与识别性能,尤其是对于红外隐身目标。针对红外偏振特性、最优探测波段不明的问题,建立了基于天基平台的空中目标红外偏振辐射模型,分析了近红外到长波红外目标的偏振特性。采用偏振度作为评价指标,分析了目标辐射温度、飞行高度和天基探测俯仰角在红外波段中的偏振辐射规律。实验结果表明：对于不同飞行高度、辐射温度的目标而言,目标与海面背景的红外偏振特性在9μm处差异显著,该波长可作为偏振探测的最佳波段;在最佳探测波段,相较于水平偏振而言,目标和背景的差异主要体现在垂直偏振分量上;当天基平台俯仰角为大角度掠地状态时,目标与背景的偏振度差值更大,有利于提高探测性能。     

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.     

基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型及其红外场景仿真

为仿真场景景物红外特征和红外高光现象,根据红外成像基本原理改进了计算机图形学中的可见光光照模型,提出了基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型,在可见光Blinn-Phong反射模型中引入自发辐射项并考虑场景中各种辐射源与对象表面间辐射能量的传递,使对象表面辐照效果符合相应规律。在仿真实现方面,提出基于几何特征的反射区域辐射能量计算方法,根据景物几何特征确定反射区域,由入射点处的自发辐射和材料在长波波段的漫反射率、镜面反射率以及反射点处的法向量、探测器位置、朝向等信息计算反射点相对探测器的总辐射能量,实现红外高光效果模拟。分析验证了所提出的红外辐照模型和高光效果模拟方法的有效性。     

基于关键点的快速红外目标检测方法

针对红外探测系统对目标检测的实时性要求,提出了一种基于关键点的快速红外目标检测方法。以目标中心作为目标检测关键点,首先设计了轻量化的特征提取网络,之后结合红外目标较小的特点,利用不同层次特征的空间信息和语义信息设计了相应的特征融合网络,并最终实现目标类别、位置和尺寸信息的预测。在自建空中红外目标数据集上对模型进行了对比测试,与YOLOv3等经典检测模型相比,检测速度大幅提高,检测精度仅略有下降;与同类型快速检测模型Tiny-YOLOv3相比,在模型尺寸压缩至Tiny-YOLOv3尺寸的23.39%的情况下,检测精度提高了8.9%,在中央处理器(CPU)上运行的检测速度亦提高了13.9 ms/frame,检测性能显著提升,验证了方法的有效性。