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红外探测系统中相关关键技术研究

作　者: 陈喆
导　师: 顾国华
学　校: 南京理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 弱小目标检测背景抑制 Robinson滤波双模板匹配及融合图像梯度背景分类 FPGA
分类号: TN215
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

红外预警系统在现代低空、超低空的防御作战体系中逐渐占据重要的地位,由于其相对于雷达预警系统具有体积小、重量轻以及良好的隐蔽性和抗电磁干扰能力等特点,各国军工部门均对其予以极大的重视并给予了非常充分的研发投入。红外弱小目标探测技术正是被动红外预警探测系统研究领域中一项相当关键并起决定性作用的技术,研究红外弱小目标的实时探测技术对提高已方设施的生存能力以及增强我军的低空、超低空防御能力有着重大意义。当空中飞行目标距离较远时,其在红外图像中就表现为信噪比很低的弱点目标,几乎不存在形状、大小等特征,而且由于存在背景杂波及系统各种噪声的干扰,使得如何在足够低的虚警率下保证充分的检测概率成为一项亟待研究的重要课题和努力目标。本文首先对红外弱小目标的成像模型和影响弱小目标探测性能的噪声分布进行了分析；并深入研究和比较了当前几种应用广泛的背景抑制方法,在此基础上选择了合适的红外背景抑制算法；之后对当前的目标检测技术进行深入研究和分析,介绍了基于梯度的自适应背景分类方法,并对传统的Robinson边缘检测滤波器进行改进,创新性地提出了Robinson双模板匹配及融合技术,同时提出了改进的利用Robinson滤波器计算近似梯度进而实现自适应背景分类的新方法,从而在背景分类的基础上对红外图像中的弱小目标实现了有效的检测,并且实现简单便捷、节约处理时间和资源；最后介绍了本文整个红外弱小目标检测算法在FPGA中的硬件实现。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-14
  1.1 课题研究背景及意义  7
  1.2 红外弱小目标检测研究现状  7-12
    1.2.1 红外图像背景抑制技术现状分析  8-9
    1.2.2 红外弱小目标检测算法现状分析  9-12
  1.3 红外探测系统中弱小目标检测的技术难点  12
  1.4 本文的主要研究工作  12-14
2 红外探测系统成像模型及弱小目标特性分析  14-20
  2.1 红外弱小目标及背景特性简要分析  14-15
    2.1.1 红外弱小目标特性分析  14-15
    2.1.2 红外图像背景特性分析  15
  2.2 红外图像噪声特性分析  15-19
    2.2.1 热噪声  16
    2.2.2 散粒噪声  16
    2.2.3 产生-复合噪声  16-17
    2.2.4 光子噪声  17-18
    2.2.5 l/f噪声  18
    2.2.6 色噪声  18
    2.2.7 图像噪声的影响  18-19
  2.3 本章小结  19-20
3 红外弱小目标检测中背景抑制方法研究  20-46
  3.1 常用红外图像背景抑制方法分析  20-39
    3.1.1 平滑线性滤波器  20-23
    3.1.2 非线性滤波器  23-25
    3.1.3 空域及频域高通滤波  25-28
    3.1.4 数学形态学滤波  28-33
    3.1.5 基于小波变换的滤波  33-39
    3.1.6 基于神经网络的滤波  39
  3.2 本文采用的背景抑制算法  39-41
  3.3 实验结果比较与分析  41-45
    3.3.1 相关度量定义  41
    3.3.2 实验结果比较分析  41-45
  3.4 本章小结  45-46
4 复杂背景下红外弱小目标检测算法设计  46-61
  4.1 红外小目标检测的理论模型  46-48
  4.2 本文提出的基于背景分类的红外小目标检测及提取算法  48-56
    4.2.1 基于Robinson Guard滤波器双模板匹配及融合的潜在目标提取  48-50
    4.2.2 基于梯度的背景分类  50-54
    4.2.3 基于Robinson双模板的检测信息融合及最终目标判定  54-55
    4.2.4 自适应阈值处理  55-56
  4.3 实验结果与分析  56-60
  4.4 本章小结  60-61
5 红外弱小目标检测算法的FPGA硬件实现  61-69
  5.1 硬件系统总体构成  61-62
  5.2 关键算法模块的FPGA设计  62-67
    5.2.1 背景抑制模块的硬件实现  62-65
    5.2.2 本文目标检测模块的硬件实现  65-67
  5.3 本文算法的硬件实现性能分析和实际模块研制  67-68
  5.4 本章小结  68-69
6 结束语  69-71
  6.1 全文工作总结  69
  6.2 研究展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-76
附录  76

红外探测系统中相关关键技术研究

内容摘要

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