Theoretical Investigation and Experimental Verification of Passive Simulation of Metal Plate Infrared Thermal Characteristics with That of PCM

A one-dimensional thermophysical model is used to investigate the simulation of the infrared thermal signature of mental plate with phase change material(PCM)plate theoretically.The optimized parameters are obtained by the theoretical calculations.Based on the calculation results,a kind of organic PCM is selected to experimentally verify the model,and the good match between the theoretical and experimental results is achieved.The results of this investigation provide the design rules and key materials for the application of PCMs in false target.

Dim Moving Small Target Detection by Local and Global Variance Filtering on Temporal Profiles in Infrared Sequences

In this paper, the temporal different characteristics between the target and background pixels are used to detect dim moving targets in the slow-evolving complex background. A local and global variance filter on temporal profiles is presented that addresses the temporal characteristics of the target and background pixels to eliminate the large variation of background temporal profiles. Firstly, the temporal behaviors of different types of image pixels of practical infrared scenes are analyzed.Then, the new local and global variance filter is proposed. The baseline of the fluctuation level of background temporal profiles is obtained by using the local and global variance filter. The height of the target pulse signal is extracted by subtracting the baseline from the original temporal profiles. Finally, a new target detection criterion is designed. The proposed method is applied to detect dim and small targets in practical infrared sequence images. The experimental results show that the proposed algorithm has good detection performance for dim moving small targets in the complex background.

一种基于红外图像的空间目标探测方法

针对空间环境中的监视高速运动小目标的需求,提出一种基于红外图像的空间目标探测方法,实现对空间非合作目标的检测、跟踪与识别。根据目标红外特性,目标检测过程采用阈值分割算法分割目标,通过重心法提取目标质心,采用星图匹配方法剔除恒星背景;目标跟踪识别过程采用轨迹关联算法进行多目标编批及轨迹跟踪,采用基于目标运动速度信息和方向矢量信息的目标分类算法最终识别目标。实验结果表明,应用该方法能够在1 s内实现空间目标探测,满足空间环境监视对目标探测的实时性好、检测概率高、虚警概率低等要求。

卫星在轨红外辐射特性地面模拟测量试验研究

准确、多谱段、多角度的卫星目标红外辐射特性数据对于识别卫星类型、功能、关键单机(如太阳翼、天线等)等特征以及监测卫星在轨工作状态具有重要意义。目前,受限于测量手段和标校水平,实测获得的红外特性数据一般只包含少数像元,缺乏卫星在轨高分辨率红外成像数据。利用卫星研制阶段开展真空热试验的机会,可以开展卫星在轨红外辐射特性数据地面模拟高质量测量。传统方式是将热像仪置于环境模拟容器外,经由安装于容器上的光学窗口测量容器内目标的红外特性。此时容器上的光学窗口会将容器外自然环境的红外背景和热像仪工作期间自身的红外辐射反射回热像仪,即光学窗口上会出现明显的环境背景及热像仪的“鬼影”。通过对红外热像仪进行真空低温环境适应性设计,将红外热像仪放置在环境模拟容器内进行测量,消除传统方式由于在环模容器外测量而在光学窗口表面引入的“鬼影”误差影响,大幅提高红外辐射特性数据的准确度。标定试验中,热像仪在真空低温环境下的温度测量误差小于±3℃,模拟测量试验表明,设计的卫星在轨红外辐射特性地面模拟测量试验方法可以获得清晰准确的星表红外特性数据,用于区分不同功能区域。

一种快速检测红外小目标的形态学方法

红外小目标检测是一项具有挑战性的任务,传统形态学算法在小目标检测中容易受到复杂背景噪声的影响,检测效果不佳,且结构元素大小的选择容易影响检测效果。为解决该问题,通过结合多重的形态学算子,设置自适应加权的形态学算子,提出一种高效的小目标检测算法,最后在真实红外图像上进行测试。实验结果表明,所提出的方法在定量和定性方面都优于现有技术。

复杂背景下空中小目标动态红外成像仿真技术研究

空中小目标红外图像广泛应用于目标检测与识别和军事训练等领域,但这些数据获取成本极高,部分条件下的数据难以获得,因此,研究复杂背景下空中小目标红外图像仿真技术具有重要的研究意义。本文提出了复杂背景下空中微弱小目标动态红外成像仿真方法,并开发了相应的仿真软件。利用简化的三维目标模型模拟空中小目标,考虑大气传输效应,对目标自辐射和反射辐射进行建模。使用任意天空图像对背景初始化,通过相机透视模型调整可视区,并添加相机抖动模拟真实机载成像中的情况。利用泊松融合将仿真目标与仿真背景融合,并通过设置目标和相机的动力学模型,实现了任意数量飞行目标、飞行轨迹的动态仿真。为高效仿真不同背景、多种飞行条件下的空中小目标红外图像提供了一种思路。

基于区域生长与区域覆盖比的红外弱小目标检测

为了提高复杂背景下红外弱小目标的检测能力,提出了一种基于区域生长与区域覆盖比的新方法。本文中主要针对目标的三个特征:1)目标的最大灰度值与邻域背景之间存在较为明显的灰度间隙;2)目标在局部范围内具有较高的灰度值;3)目标像素分布较为紧凑,建立了一种新的小目标检测算法。首先,对原始图像计算局部对比度并筛选出候选种子点。其次,对每个候选种子点在原始图像上进行阈值区域生长算法并计算得到区域覆盖比(RCR)。然后,使用自适应尺寸的三层窗口计算得到自适应灰度差(AGVD)。最后,采用阈值分割方法分离出真实目标。通过在真实测试数据集上的实验表明,与现有算法相比,所提出的算法具有较高的检测精度和较低的虚警率。

层次卷积滤波红外弱小目标检测方法

针对单帧复杂背景红外图像点目标检测算法存在复杂背景下处理效果不理想、处理时间长的问题,提出了一种层次卷积滤波检测算法。主要分为两个部分:第一,根据红外小目标特性,设计一种层次卷积滤波的算子,对图像进行滤波处理,实现图像中小目标的增效和背景抑制的效果;第二,采用基于最大值的自适应阈值方法,对图像进行二值化操作,过滤背景杂波,最终提取到待检测的目标。在大量不同背景红外图像中进行实验,论文算法在背景抑制因子和信噪比增益的性能量化结果上优于现有5种典型红外弱小目标检测算法的性能结果,且平均处理时间仅为高斯拉普拉斯(Laplacian of Gaussian,LoG)滤波算法的30.42%。通过实验对比,表明该层次卷积滤波算法可以有效解决在不同复杂背景下的红外图像中对小目标检测的问题。

基于引导滤波和分块自适应阈值的单帧红外弱小目标检测

为了在有效地检测复杂场景下红外弱小目标的同时保持较低虚警率,在满足算法实现实时性的前提下,提出一种基于引导滤波和分块自适应阈值的单帧红外弱小目标检测。首先,为缓解边缘杂波干扰,采用具有保边特性的引导滤波对图像进行背景估计;然后,利用弱小目标具备的局部灰度最大特性,提出基于软阈值非极大值抑制的九宫格滤波计算目标的概率。通过加权的方式进一步剔除背景,抑制结果中不满足目标特性的区域;最后,针对复杂场景目标检测虚警率和漏检率高的问题,提出一种分块自适应阈值分割方法提取候选目标。实验结果表明,在公开数据集上与Top-Hat、LCM和Max-Median等经典方法相比,所提方法性能优于其他方法,恒虚警下不同复杂度场景的召回率分别达到87.97%、84.93%和86.22%,可有效抑制背景,增强目标信号,提高红外弱小目标检测的召回率,且具有更好的场景鲁棒性。

飞机光谱辐射特性及诱饵匹配性作战应用研究

介绍了飞机目标红外辐射源及其分类情况。基于工程计算需求,归纳了飞机蒙皮、尾喷口及尾焰的红外辐射物理模型。系统研究了国内外关于飞机目标光谱辐射特性的研究现状,并对飞机目标在不同波段、不同探测角度下的光谱辐射特性进行总结。结合红外制导导弹的制导体制,开展了点源红外诱饵(包括:单点源、多点源和光谱型点源红外诱饵)和面源红外诱饵作战应用的匹配性研究。上述研究成果有助于制定合理有效的干扰策略,提升载机的战时生存能力。

单帧红外图像弱小目标检测研究综述

远距离广视角场景中由于红外热成像仪成像原理的局限性、大气环境的干扰、远距离传输介质对红外辐射的衰减,检测目标面临巨大挑战。本文在详细分析了图像背景复杂、目标特性弱小、图像对比度低和结构特性缺失等红外弱小目标图像特性的基础上,从基于目标突显和背景预测两大类概述了单帧红外图像弱小目标检测技术的研究现状,并探讨了红外弱小目标检测研究的发展趋势。

无线电引信近场海背景特性试验研究

引信的低空性能是空空导弹超低空作战效能优劣的关键要素,特别是在近场海背景下,更需要对无线电引信的能力特性进行评估。本文基于多尺寸粗糙海面模型,运用物理光学法和物理绕射法及四道复合散射预测方法,首先建立了海面目标电磁散射场及复合散射回波的理论模型。接着,仿真分析了不同波段、不同海情、不同交会状况下,无线电引信的海背景回波,以及与目标的复合散射回波特性。最后,通过开展对海面的低空挂飞近距回波特性试验,以及对海面与目标复合的回波特性试验,获得无线电引信的海背景回波数据,并与仿真结果进行对比分析。结果显示,多普勒回波幅度仿真与实测结果基本一致。

基于瑞利分布的弱小目标能量计算方法研究

随着科学技术的不断进步,军事目标也向着小型化、超高速、低可探测度的趋势发展,因而对目标的探测与识别能力也提出了更高的要求。文中在深入分析点目标成像过程及其能量分布的基础上,提出基于偏态瑞利分布点目标能量计算方法,并通过红外辐射特性测量精度对比实验进行验证,得出应用该方法的辐射强度测量偏差可控制在8%以下,而且测量离散程度更小,可有效区分弥散点目标和背景灰度值,证明该方法具有良好的工程适用性,较高的测量精度且广泛的应用前景。

多尺度加权图像块局部对比度的红外小目标检测

为解决传统算法在强杂波背景下,容易造成误检与漏检等问题,从图像块的角度提出一种局部对比度度量方法。提出中心区域与背景区域之间对比度的新度量,在计算对比度时采取行处理,简化算法的复杂性;引入可信度值作为权值,加权处理局部对比度,对加权后的局部对比度进行多尺度处理,生成目标显著图;对显著图进行阈值分割,得到真实目标。通过在实验中的分析对比,验证了该算法的有效性。

基于Pos-FCN的红外图像背景抑制方法

红外图像背景抑制可以为红外目标检测识别任务提供支撑。在实际的应用场景中,红外图像中的目标多为弱小目标,其特征不明显,一般背景抑制算法难以将其从背景中分离,而达不到背景抑制的最佳效果。针对上述问题,提出使用Pos-FCN网络实现红外图像背景抑制的方法,该方法使用特征卷积结构,依靠高分辨网络结构获取弱小目标的特征信息,通过大尺寸卷积特征图的前向传播方式实现了高维度特征中弱小目标信息的保留,使用卷积降采样特征提取和上采样图像恢复方式实现了端到端的处理,并在前置训练阶段引入了位置信息强化网络骨干特征提取效果。结果表明,该方法处理后的红外图像中信杂比提高至3.877,对比度提高至0.297,检测率达到了93.6%,因此,该方法可以实现良好的背景抑制效果。

基于混合深度特征的红外目标抗干扰识别算法

复杂干扰条件下的红外空中目标识别技术是空战对抗领域的热点研究课题,复杂人工干扰严重遮蔽目标,导致目标特征的连续性与显著性遭到破坏,无法全面描述识别对象的特性,造成空中目标识别准确率下降。针对此问题,提出一种基于图像混合深度特征的空中目标抗干扰识别算法。首先,基于卷积神经网络进行图像深度特征的提取,将深度特征与梯度直方图(Histogram of Gradient,HOG)特征进行有效融合,构建混合深度特征。针对作战场景中的目标与干扰的对抗态势多样性,将支持向量机的二分类模型改进为三分类模型,对目标、干扰以及目标干扰粘连三种状态进行精确分类。实验结果表明:在复杂干扰环境下,基于混合深度特征的空中目标抗干扰识别算法正确率为92.29%,该算法可以有效地解决目标被干扰遮蔽、形成目标干扰粘连状态时的抗干扰识别问题。

基于改进加权局部对比度的红外小目标检测

在复杂背景的红外图像中弱小目标通常淹没在高亮边缘与强杂波处,提出一种基于改进加权局部对比度的红外小目标检测方法。利用小目标的局部特性建立一种加权函数将目标与其背景邻域的差异点乘凸显目标,进而与相接背景邻域作比值运算达到抑制复杂背景的效果;通过目标的各向同性和背景的各向异性,采用六方向梯度决策法创建背景抑制模型进一步抑制高亮边缘,实现降低虚警率,提高检测率的目的;最后,通过卷积计算将两者结合,采用自适应阈值分割检测真实目标。实验结果表明,该算法在复杂背景及强杂波干扰下有较强的鲁棒性。

空中目标夜间不同方位长波红外辐射特性分析

针对试验和训练中靶机实装模拟、建模仿真需求,需在外场动态测试靶机飞行状态下红外辐射特性,该测量结果置信度较高。本文通过对红外成像测量设备定标,计算路径辐射和透过率,亮度反演的方法获得了靶机夜间不同方位辐射强度分布,测量误差约为21.24%。分析测量结果,但当靶机相对测量设备绕飞时,靶机不同方位辐射强度基本一致;靶机在一定距离外无法探测长波尾焰辐射,在靶机模拟和建模中需合理考虑尾焰辐射。该距离下靶机目标/背景灰度对比度约为人眼响应阈值的2倍,人工侦察探测识别较为困难,在靶机外场模拟时需注意对比度对试验探测识别结果的影响。本文可为靶机特性建模、外场模拟应用和测量设备研制提供支撑。

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。

基于局部均值的红外小目标检测算法

复杂背景条件下红外小目标检测是红外自动寻的、红外预警系统的关键技术和研究热点之一。为了能有效地检测出小目标,对红外图像中的小目标与背景特性进行了分析,在充分利用小目标与其局部背景差异的基础上,提出一种基于局部灰度均值确定红外小目标尺寸和位置信息的算法。首先,给出判断像元属于小目标的必要条件,该条件判定图像中哪些像元可能属于红外小目标;其次,基于可能属于小目标的像元给出小目标可能的尺寸值;再次,对所得结果进行优化,排除虚警;最后,根据前三阶段所得结果确定小目标的尺寸和位置。Matlab仿真结果表明,对复杂云层背景的红外图像,Top-Hat检测算法虽然检测速度快,但当虚警和目标的灰度值相等时不能很好地对目标进行检测;新算法在选择合适参数的基础上能准确给出目标的位置信息,并能较好地估算小目标尺寸,然而新算法在检测速度上仍有待进一步提高。