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天空背景下红外弱小目标的检测与跟踪算法研究

作　者: 龙波
导　师: 李晓峰；范林
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 弱小目标背景抑制非均匀漂移 TDI 目标检测目标跟踪
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在现代军事自动化技术大发展的背景下,尤其伴随着红外技术的快速发展及其在军事中的广泛应用,开展红外武器系统中弱小目标检测与跟踪技术的研究,对提高区域防御系统的生存力、有效反击能力,以及在未来战争中争夺制空权具有重要的军事意义和实用价值。天空背景下红外弱小目标由于要求发现距离远,同时目标红外辐射能量经过长距离大气传输被极大衰减,而具有了对比度低、边缘模糊、无结构信息等显著特点,再加之云彩、阳光、局部地景以及系统噪声干扰,使得目标极易被噪声所淹没。单帧检测虚警率高、多帧处理数据量大,单一的处理方法难以广泛适用。因此,针对红外弱小目标的检测与跟踪技术一直是业内研究的热点问题。本文结合某红外告警系统的工程应用实际,基于背景抑制的检测技术研究了天空背景下红外弱小目标单帧检测方法,提出了目标分割的阈值自适应调整方法和虚警抑制的方法,并对背景估计的优化进行了进一步探索和研究;同时依据连续帧图像的帧间相关性研究了基于连续帧图像的目标检测方法和跟踪方法,并就维持跟踪稳定以提高系统可靠性方面进行了一定探索。另外,由于系统中采用的红外探测器为线列TDI推扫型器件,本文还对红外探测器非均匀性的成因和校正方法进行了分析和总结,并根据线列TDI探测器非均匀性漂移及校正残留的信号特点,提出了抑制这种干扰信息的图像预处理方法,改善了信号质量,提高了后续目标检测的探测概率和连续跟踪的稳定性。以上方法最终在系统中得以应用和检验,结果证明所用算法稳定、有效,为发掘全系统的探测能力和跟踪能力打下了基础。此外,本文所提出的部分方法还可应用于对海面、沙漠等类似背景下的目标检测及跟踪,并能扩展到可见光等其它波段图像,具有较广阔的应用前景。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  1.1 项目来源  9
  1.2 论文的研究背景及意义  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-15
  1.4 主要研究内容及论文结构安排  15-18
第二章红外系统及相关知识  18-26
  2.1 红外辐射相关理论  18-20
  2.2 红外大气传输  20-21
  2.3 红外探测器  21-23
  2.4 红外探测系统  23-26
第三章红外探测器非均匀校正及其图像预处理  26-33
  3.1 红外探测器非均匀性  26-27
  3.2 红外探测器校正  27-29
  3.3 线列TDI 红外图像预处理  29-33
第四章基于单帧的目标检测算法  33-52
  4.1 背景抑制  34-38
  4.2 目标检测  38-43
    4.2.1 目标分割及阈值自适应调整  38-40
    4.2.2 信号聚合  40-42
    4.2.3 信号增强  42-43
  4.3 虚警抑制  43-46
  4.4 检测过程优化  46-52
    4.4.1 模板运算的优化  47-48
    4.4.2 线列扫描红外图像的目标检测优化  48-52
第五章连续帧目标检测及跟踪算法  52-70
  5.1 基于连续帧图像的目标检测算法  52-57
  5.2 基于连续帧图像的目标跟踪算法  57-62
  5.3 基于目标运动估计的跟踪稳定技术  62-70
    5.3.1 目标运动模型及滤波估计  63-65
    5.3.2 目标角度信息的坐标系转换  65-67
    5.3.3 基于目标运动信息的跟踪  67-70
第六章关键和创新技术及主要算法实现  70-89
  6.1 线列TDI 红外探测器非均匀漂移的实时抑制  70-73
  6.2 基于信噪比门限的自适应目标分割及虚警抑制  73-78
  6.3 背景估计的快速模板应用  78-82
  6.4 连续图像序列中目标的可靠检测  82-86
  6.5 基于目标运动估计的跟踪稳定技术  86-89
第七章结束语  89-91
致谢  91-92
参考文献  92-94

天空背景下红外弱小目标的检测与跟踪算法研究

内容摘要

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