基于双重增强局部对比度的红外小目标检测

红外探测具有穿透力强、探测距离远和隐蔽性好等特点,在红外小目标检测领域应用广泛。本文基于人类视觉机制的局部对比度方法,提出一种基于双重增强局部对比度的红外小目标检测方法,先以局部灰度均值对比度对噪声和背景进行抑制,再由相对灰度梯度和局部方差对比结合对目标进行增强,最终采用阈值分割的方式实现红外小目标的检测。算法对不同天空场景序列目标均有较高的检测率和较低的虚警率,前者最高可达100%,后者为0;且相同复杂场景的目标检测性能相比其他同类方法明显提高,信杂比增益与背景抑制因子也显著提升,目标检测性能优异。

视觉对比度机制小目标增强与背景抑制综述

复杂背景中的红外弱小目标因亮度低、尺寸小、可用特征少而难以检测。如何在检测中抑制背景杂波、提高目标信噪比成为该领域的研究热点与难点。本文对基于人类视觉系统对比度机制的小目标增强与背景抑制技术的演进和性能进行了归纳与分析。局部对比度测度窗口由单尺度向多尺度,乃至动态或自适应尺度的发展,满足应用中对未知尺寸小目标同步快速检测的需要;局部对比度测度计算方法由简单到复杂、依据低阶信息到采用高阶信息的变化,有利于更全面地抑制复杂背景、进一步增强目标。因此,将成为未来人类视觉对比度机制小目标检测算法的发展方向。

时变复杂背景自由运动目标的高灵敏追迹成像

复杂背景下低可见度目标追迹是成像领域的一个重要研究方向,现有方法难以对运动方向和速率均无规则变化的低可见度目标进行追迹成像.运动衬度成像可大幅提升目标追迹的灵敏度,已在X射线成像领域取得重要应用,但仅局限于固定轨迹或单调背景的成像.本文将运动衬度成像引入到时变复杂背景中轨迹不确定的目标追迹成像任务,通过解决现有方法受复杂背景和高频噪声干扰严重的问题,实现目标的高灵敏追迹成像.天空和树林中飞鸟的追迹结果表明,该方法能有效地消除野外自然光和树叶无规则摆动导致背景灰度无规则变化的影响,实现时变复杂背景中自由运动弱信号小目标的高灵敏追迹成像.本文发展的方法有望为低可见度目标追迹成像提供一种新的手段.

低透过率下隧道照明亮度对能见度的影响

为了研究低透过率下隧道照明亮度对能见度的影响,为低透过率条件下隧道照明亮度的调节提供依据,分别以两种不同光谱特性的摄像机作为观测装置获得了透过率、照明亮度、目标/背景对比度三者之间的变化关系.实验结果表明:目标/背景对比度随照明亮度的增加而增加,两者呈非线性关系;透过率限定了目标/背景对比度所能达到的最大值;在一定的亮度范围内,提高亮度增加目标/背景对比度可以有效改善能见度.当照明亮度较高时,提高照明亮度对能见度影响不大;当照明亮度较低时,提高照明亮度对能见度提高的效果明显.因此,根据透过率按比例调节照明亮度能保证能见度和行车安全.

红外预警卫星最佳探测波段分析

为解决红外预警卫星在近中红外的最佳探测波段问题,采用建模仿真的方法获得了2～5μm波段范围内不同高度条件下火箭尾焰目标的红外辐射光谱特性,利用MODTRAN软件包计算了典型大气条件下同样波段范围内不同高度处的大气透过率和地球/大气背景红外辐射光谱特性,在此基础上计算了目标背景之间的对比度。通过分析目标背景对比度的变化规律可知:随着飞行高度的增加,目标背景对比度会先增大后减小,但无论在什么飞行高度,2.63～2.83μm和4.18～4.50μm波段的目标背景对比度都较大,比较适合目标探测,并且这两波段还具有更加精细的波段结构,实际应用中可根据探测需求选择更小的波段范围并确定相应的中心波长。

气溶胶及能见度变化对标准大气中远红外传输的影响分析

红外制导系统发现、识别和跟踪目标主要依据背景、目标物辐射特性和对比特性信息。气溶胶及其能见度变化是大气环境中影响红外辐射传输的主要因素之一。以标准大气为例，开展了气溶胶及其能见度变化对中、远红外光谱区间（3～5μm，8～12μm）大气透过率和目标背景对比度的影响分析，重点分析了标准大气中相同能见度不同气溶胶类型及同气溶胶类型不同能见度对中远红外传输特性的影响。结果显示：大气透过率对目标背景对比度的理论计算值有重要影响。在其他大气条件既定情况下，气溶胶及其能见度变化对两波段的透过特性和目标识别效果影响明显，且以8～12μm波段的好于3～5μm的。同能见度不同气溶胶类型下的透过率和目标背景对比度差异较大，需要考虑气溶胶的影响。在中远红外区间，3．4~4．2μm和9．5～12μm波段内的透过率和目标背景对比度平均值相对较大，变化振幅小，可作为武器使用理想波段加以选择应用。

典型大气条件下目力光学侦察效能分析

目力光学侦察的效能评估的关键是对发现概率或作用距离进行定量计算。影响发现概率的因素主要有:大气能见度、目标与背景对比度、目标的大小与距离以及目标所处的天顶角位置等。利用通用大气辐射传输软件CART可以综合考虑这些因素的影响,在建立的目力光学探测模型的基础上,计算了典型大气条件下目力光学侦察对目标的发现概率与识别概率随距离的变化关系;计算了在不同能见度下、不同天顶角时目力光学侦察对典型目标的作用距离。计算表明:在一段很近的距离内,目力光学侦察对目标的发现概率很高,随着目标距离的增加,发现概率迅速下降;目力光学侦察对目标的作用距离一般随着目标天顶角的增加而减小;能见度对目力光学侦察的距离影响非常大,但在能见度极低时,目力光学侦察距离几乎不随天顶角变化,计算结果对定量评估光学系统的侦察效能有借鉴意义。

大气背景对红外目标探测的影响

针对大气背景是一个纵深背景而非一个平面，无法使用现有对比度计算公式计算的实际，基于红外焦平面探测器工作原理推导出了大气背景下探测器处辐射照度的对比度计算公式。通过对大气背景的红外辐射计算，并与报道的飞机红外辐射数据比较，应用对比度计算公式做分析可知：大气背景对探测的影响是必须考虑的；在3~5μm大气窗口的大气背景辐射很小，选择3~5μm大气窗口探测更容易发现目标；在8~12μm大气窗口内10μm附近的大气背景辐射较强，目标不易被探测。随着探测距离增加，探测器到无限远处的大气背景辐射亮度与探测器和目标之间的大气背景辐射亮度之差在减小，它会增大对比度，这是分析探测距离不可忽视的一个因素。

红外光照射对目标与背景对比度影响研究

鉴于红外光对目标与背景对比度的影响对目标探测、识别、跟踪、红外隐身技术的研究和红外特征的模拟具有重要的意义,建立了自然环境下人工红外光照射地面目标的理论模型。从对比度定义出发,推导出了人工光照时地面目标与背景对比度的一般计算式,并对人工光照时目标与背景对比度的影响因素进行了数值计算与分析,结果表明:在相同条件下,照射距离越近、光照功率越大、光照时间越长,光源对目标与背景对比度的影响越大,对不同距离的光源,随着入射角的变化,投影在目标上的光源对目标与背景对比度的影响大。

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。

基于多特征融合的红外弱小目标检测

为解决红外弱小目标检测领域中基于单类先验知识的人类视觉系统检测方法检测准确率低、虚警率高以及显著图计算复杂等问题,提出一种在复杂背景条件下对红外弱小目标多种特性进行融合处理的检测方法。通过融合红外弱小目标的局部灰度值大、自身灰度信息符合二维高斯分布以及与邻域相似度低的三大特性,利用协方差检测和相似度对比计算得到显著图,对显著图进行简单阈值分割得到真实目标。对不同复杂背景和不同数据类型的红外源图像进行弱小目标检测实验,结果表明:与基线算法相比本文所提算法检测结果背景抑制因子和信杂比增益均提高2~3倍,交并比为HVS类方法最优,ROC曲线在较低虚警率时获得最高检测准确率。本文方法将红外源图像中弱小目标多个特性进行有效融合,提高检测精度的同时降低了显著图计算复杂度,在不同复杂背景和杂波干扰的情况下仍能取得较好的目标定位和背景抑制效果。

对人工红外光照射时目标与背景对比度分析

人工红外光照射时目标与背景对比度的分析对目标的探测、识别、红外隐身技术的研究、红外特征的模拟有重要的意义。建立人工红外光照射地面目标的理论模型,从对比度的定义出发,推导出人工红外光照射时地面目标与背景对比度的一般计算式,对自然环境下人工红外光照射时目标与背景在全波段(0^+∞)、3~5μm波段以及8~14μm波段的对比度进行了仿真计算与分析。结果表明:采用不同功率光源照射目标和适当调整目标发射率能有效的降低目标与背景的对比度。

地面目标与背景的红外辐射对比度特性

红外系统对处于地面背景中的目标探测，很大程度上取决于目标本身与周围背景之间的红外辐射特征差异，即两者之间的辐射对比度。简要讨论了辐射对比度与目标发射率及目标背景温差的关系。分析了影响地面建筑物及水泥地面温度的各种因素，建立了基于一维有限差分法的计算温度的模型并利用MATLAB得以实现。计算了目标与背景在8～14μm波段上的红外辐射对比度。结果表明在不同情况下同一目标与背景的红外辐射对比度变化较大，不同方位墙面与背景的对比度具有不同的变化趋势。

探测天顶角与太阳天顶角对卫星红外探测的影响

为了分析不同探测环境对卫星红外探测的影响，推导了倾斜探测路径下目标与背景在探测器入瞳处的辐照度对比度计算公式。计算了目标在海天背景下不同温度、不同高度、不同太阳天顶角、不同探测天顶角条件下，目标与背景在0.75～14μm波段的红外单色辐射照度对比度。分析指出：太阳天顶角对红外探测的影响主要在2.7μm以下波段，探测波长大于2.7μm可不考虑太阳的影响。目标在5 km以下、探测天顶角在60°以上继续增加时，探测波段变窄，不可探频段增宽；目标在10 km 以上，探测天顶角变化对探测影响很小。这些结论可用于指导卫星红外探测波段选择与探测结果分析。

地面目标物可见光探测概率规律研究

利用基于气象条件的可见光探测概率方程 ,研究了处于不同地面背景上的目标物在各种气象环境条件下可见光探测概率的变化情况 ,发现在能见度、目标 -背景固有亮度对比度以及太阳高度角等因素的影响下 ,探测概率的变化遵循着一定的规律 。

红外小目标与背景对比度特性研究

目标与背景的对比度特征是红外系统所能探测到的最终特征,对红外小目标与背景的对比度进行了研究,分析了目标与背景的对比度与哪些因素有关,同时对于涉及到目标、背景在探测器上产生的辐射照度进行了计算.

基于目标与背景红外辐射对比度的红外隐身效能研究

较深入分析了目标与背景的红外特性,进一步完善了红外辐射对比度计算模型,通过外场实验,采集了目标与背景随时间变化的温度,利用建立的红外隐身效能指标,对普通钢板与相变材料板进行了评估,验证了此红外隐身效能评估方法的可行性。

不同地面背景下目标与背景红外辐射对比特性

目标与背景的红外辐射对比特性研究对于红外制导和红外隐身课题都具有十分重要的意义,在此对不同地面背景下的目标车辆与背景红外辐射对比特性进行研究。先引用了目标红外辐射特性的计算公式,再分析主要水泥地面和土壤地面两种不同背景不同的辐射求解方法。最后通过仿真实验,总结出随着温度上升不同地面背景下目标车辆与背景红外辐射对比特性的变化,得到水泥地面和土壤地面中,不同发射率目标隐身需要达到的温度,为今后的目标隐身提供了数据支持。

低对比度小目标检测

对强杂波背景下的远距离目标探测,提出基于序列图像的局部自适应背景预测,获得图像背景的最佳估计。对残差图像采用能量累积及中值滤波消除背景杂波。为提高信噪比,采用带缓冲窗口的双窗滤波法使目标和背景的差别更加显著,有利于低对比度下的目标分割。最后采用改进的高阶相关方法,在不影响检测性能的情况下加快了真实目标识别的运算收敛速度,并最终实现了算法工程化,在图像局部信噪比大于0.3时,采用三阶相关时检测概率达到98%。

基于区域实际大气的红外制导波段目标背景对比度变化特性数值计算

红外制导武器对目标的发现、识别和跟踪主要依据目标与背景的红外辐射特性及其对比特性,目标背景对比特性研究是红外制导武器研制过程中的必要环节。依据目标背景对比度定义,采用基于既定区域实际观测大气数据构建大气参数廓线并嵌入成熟、通用的大气辐射传输模型计算的方式,探讨了红外波段实际大气目标背景对比度变化特征,及其与标准大气下的目标背景对比度差异。结果表明,影响目标背景对比度的主要因素为大气透过率,实际大气目标背景对比度与标准大气的存在一定偏差,偏差与季节和波段均有关,可直接影响到红外波段实际应用中的目标识别能力。