反“低慢小”无人机红外检测方法研究

针对“低慢小”无人机的空中威胁,各国均大力投入反无人机技术研究,提出了一种基于密度-距离空间的红外单帧检测新方法。利用红外小目标在有限的区域内拥有比邻近区域更高的灰度值特点,提出密度与距离概念,建立密度距离空间。通过等效目标的定位方法将不规则的目标区域转换成规则的几何图形来获得准确的目标位置。实验结果表明:密度-距离检测算法在复杂背景下具有更好的检测性能和鲁棒性,当目标明显且存在连续背景杂波时AUC值接近于1;平均每帧的检测时间为0.021 2 s,同时兼顾了检测精度和检测速度。该算法不受无人机自身尺寸和形状变化的影响,具有较强的适应能力,适合多种背景下的单帧红外小目标检测。

基于深度学习的红外目标检测方法

由于背景的复杂性和小目标的多样性,红外小目标已经成为一个挑战;为了解决这个问题,与传统方法不同的是,提出一种基于密度-距离的最新检测方法;首先,对红外图像参数计算引信上的传感器以设置目标检测方法的边界限制;其次,提出了基于密度-距离空间的候选目标检测方法;最后,自适应像素生长(APG)算法用于抑制杂波,从而检测出实际的目标;利用真实红外图像数据库进行了仿真验证,仿真和硬件在环实验实施以验证该方法的有效性;结果表明,红外图像引信上的传感器在弹丸旋转时具有稳定的视场,可以清楚地看到观察红外小目标;该方法具有较好的抗噪性,不同大小的目标检测、多目标检测和各种杂波抑制能力;实验结果表明,该方法对多种不同场景中的信噪比较低的目标具有良好的检测效果,平均检测概率达84%以上。

空间目标可见光特性与探测距离估算

在空间目标可见光探测系统中,对探测能力的分析和评估是进行可见光相机设计的前提之一。分析了天基空间目标可见光反射特性和探测背景,并进行了探测噪声分析,又从辐射学角度导出了空间目标可见光反射体探测距离估算方程,结合实例求解了最大探测距离。当目标充满可见光相机的瞬时视场时,相机获取的目标信息与距离无关,而与本身的瞬时视场有关。最后通过采用积分球模拟反射体测试辐照度,反求系统信噪比,间接验证了可见光相机对空间目标的探测能力。

地面可见光相机探测静止轨道目标可行性研究

基于地面可见光相机探测建立了地球静止轨道上空间非自发光目标的数学辐射模型,利用辐射传输的基本原理,分析了平面目标亮度与探测时间、纬度之间的关系,推导了系统探测能力与光学系统参量及曝光时间之间的关系,简要的分析了杂光对系统曝光时间的影响,理论模型与目前相关试验结果基本接近,表明GEO上空间目标的可见光相机探测是可行的.

地基红外系统探测空间目标红外星等的分析

地基红外系统探测空间目标的能力与目标辐射特性、背景辐射特性、大气条件、红外光学系统性能、探测器特性等因素密切相关。分析了空间目标在外太空背景下的红外辐射特性,基于满足红外焦平面探测器的最低可探测信噪比,综合考虑空间点目标成像的弥散斑、背景辐射和大气衰减的影响,推导了地基红外探测系统对空间点目标的作用距离估算方程。红外星等用来计算星体在红外波段的亮度,讨论了用红外星等划分空间目标的方法和原理。根据中波和长波计算红外星等的公式,给出了不同温度的空间目标与对应的红外星等的关系。为地基红外探测系统的设计和应用以及探测不同红外星等空间目标的综合性能评价提供了理论依据。

空间目标可见光相机探测能力理论计算方法研究

空间目标可见光相机的探测能力主要与相机自身收集目标信号的能力、相机本身的背景噪声以及探测器组件的噪声水平有关。衡量空间目标可见光相机探测能力的主要技术指标是信噪比。在国内外相关资料比较缺乏的情况下,文章通过原理研究和理论推导,得到了空间目标可见光相机探测能力理论计算公式,并用实例进行了例证,表明该方法正确可取,为空间目标可见光相机设计时对探测能力的分析和预估提供了理论计算方法。

空间目标红外地基探测的信噪比分析

建立了天空背景辐射、大气传输和地基探测系统的仿真模型,并基于已有的低轨道卫星红外辐射特性的模型,整合了一套研究空间目标红外探测的方案。利用该方案计算了探测器对卫星探测的信噪比,分析了卫星在不同过境时间的红外地基探测的效果。通过比较不同红外波段的探测信噪特性,探究了在不同情况下如何选择最佳的观测波段。研究结果显示,当目标处于日照区而观测点在阴影区时,近红外波段的探测信噪比很高,当目标进入阴影区后该波段无探测信号。不论卫星是在日照区还是阴影区,远红外波段始终可进行探测,但是当卫星表面温度较低或者距离较远时,信噪比较低。另外,由于卫星电池板的对日定向特性,探测器接收到的红外辐射信号会随着太阳高度角的变化而出现不同的特性。

复杂背景下红外点目标探测概率估算

红外成像系统对点目标的探测概率在实际应用中往往受到复杂背景的极大影响,而现有的计算方法并不能适用于复杂背景下的探测概率估算.首先从红外成像系统对点目标的作用距离模型出发,分析了探测概率与信噪比、作用距离的关系,推导出单一背景下红外点目标的探测概率估算方法;然后,利用红外成像系统的亮度-灰度函数,通过背景的红外图像灰度信息计算得到其红外辐射亮度;最后,引入概率统计的思想对单一背景下探测概率的估算方法进行了改进,提出了复杂背景下红外点目标探测概率的估算方法.实验结果表明:该估算方法可以有效评估实际应用中典型复杂背景对红外成像系统的点目标探测概率的影响.

基于多尺度红外与可见光图像配准研究

利用尺度空间理论对多分辨率的红外与可见光图像配准算法进行研究,提出利用红外与可见光图像的多尺度特征点及边缘作为配准的特征,利用特征尺度确定用于相似度匹配的子图像大小,使用LTS-Hausdorff(least trimmed square Hausdorff)距离判断子图像的相似性。利用尺度空间理论及多尺度下图像的特征能更加全面的对图像进行描述。在利用多尺度特征获取到匹配对后,再利用随机一致性检测对匹配对进行提纯并获取空间变换的参数,然后使用该参数对红外与可见光图像进行配准与融合。实验结果表明,基于多尺度的图像配准方法,能有效对红外与可见光图像进行配准。

肉品质光谱检测中探头与样品距离对结果影响的校正

针对畜肉品质光谱检测中光纤探头与样品表面不同检测距离对预测结果影响较大的问题,分析了光谱曲线随检测距离变化的变化规律,提出光谱数据的校正方法。通过猪肉嫩度预测,验证校正效果。分别采集光纤探头固定时和光纤探头与样品表面检测点距离在4-18 mm变化范围内的猪肉背肌可见/近红外光谱。对每种情况下的光谱数据进行相同预处理,建立猪肉嫩度PLSR预测模型。探头固定时,预测集猪肉嫩度预测值和实测值相关系数为0.82,均方根误差为5.82 N。五次多项式拟合光纤探头与样品表面检测点距离在4-18 mm范围内380-1 050 nm各个波段的相对光谱数据,拟合相关系数R均大于0.999,均方根误差在0.018 7-0.242 2范围内。利用拟合方程校正后的光谱数据和最优嫩度预测模型对预测集进行预测,光纤探头与样品表面检测点距离在4-17 mm范围内时预测集嫩度预测值和实测值的相关系数在0.83-0.90之间,均方根误差在4.80-5.75 N之间。结果表明：对不同光纤探头与样品表面检测点距离采集的漫反射光谱数据进行校正,能够较好地克服光纤探头与样品表面检测点距离对猪肉嫩度预测模型的影响。

基于双波段视频探测的智能水炮系统设计

针对目前大空间火灾探测的难点,研究出了一种基于双波段视频检测的智能水炮系统。将DSP芯片TMS320DM648作为视频处理芯片并采用STM32f103作为控制芯片,利用双波段(红外与可见光)对火灾的热、色、形以及光谱与运动特性进行识别,使火灾探测准确度大大提高,采用步进电机作为整个系统的驱动部分,CAN作为通信总线提高了水炮的反应速度与灵活性。智能水炮在25s内可定位火源进行灭火,监控距离可达100m,误报漏报率极低,为大空间消防提供了更好的选择。

一种基于红外热成像技术的星载EPC可靠性状态检测方案研究

该文针对星载EPC(Electronic Power Conditioner)可靠性状态检测问题引入了一种非接触式的红外热成像检测方法,介绍了应用该方法进行可靠性状态检测的理论依据及其检测系统构成;并在应用该系统对星载EPC样机进行了大量试验研究的基础上,依据数理统计理论和欧氏距离判别方法,首次提出了一个有效的基于红外热成像技术的PCB(Printed Circuit Board)可靠性状态检测数学模型。

针对1～10cm空间碎片的红外与可见光融合探测技术

空间碎片是航天器正常运行的主要安全隐患。地基观测手段可以对大目标空间碎片进行探测和识别编目,保障航天器运行安全。但对于1~10 cm的微小碎片,主要采用天基光学观测手段。针对微小碎片,结合红外探测和可见光识别两种方式实现微小碎片的远距离探测和识别过程。首先,通过计算给出了红外探测光学系统的设计参数,利用恒星背景和碎片目标的角速度的差别,提出了一种剔除背景的方法。然后,窄视场可见光聚焦观测每个碎片,记录和提取其9个不同角度的角点特征,用于目标识别。通过数值仿真和实验验证,提出的算法可以有效的探测和识别微小碎片。

空间目标红外辐射和可见光反射特征的控制技术

为了实现对空间目标红外辐射及可见光反射特征的控制,提出了将低温真空多层绝热薄膜结构应用于空间目标红外辐射控制的方法及多面体结构镜面表面设计方法.通过对模型进行分析及计算,利用低温真空多层绝热薄膜结构可极大幅度地降低空间目标的红外辐射通量,减小被探测概率;利用多面体结构镜面表面设计方法可控制空间目标表面的可见光反射特征,减小其被可见光探测器探测的概率.实验结果表明,将两种方法综合应用于空间目标光谱辐射特征控制技术中,可有效控制目标的红外及可见光光谱辐射特征,提高目标的空间对抗能力.

肉品无损检测光学传感器设计与试验

畜肉品质光谱检测过程中,不同样品之间的厚度差异导致肉品表面到光纤探头的检测距离存在差异,对预测结果影响较大。针对这一问题,设计了一种用于肉品无损检测的光学传感器,并间隔玻璃从下至上对畜肉品质进行检测,消除了样品厚度对检测距离的影响,并分析了光谱曲线随检测距离变化的变化规律。为探究所设计方案的可行性,搭建了试验平台,包括光谱仪、距离调节机构、光源、石英玻璃、光学传感器和计算机,其中石英玻璃可透过220~2500 nm波长范围的光而无吸收,光学传感器可以帮助采集更多的肉品漫反射光。选择了18个猪肉样品贮藏在4℃环境中,并在不同的冷藏时间取出进行光谱采集(400~1100 nm),采用不同的检测距离(8~22 mm,间隔2 mm),最后测量样品的挥发性盐基氮(TVB-N)含量。在获得样品光谱数据后,分别用1阶导数、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)和1阶导数+SNV等方法进行预处理,并建立猪肉的TVB-N含量的偏最小二乘回归(PLSR)预测模型。结果表明:当检测距离为16 mm,采用1阶导数+SNV预处理时,建立的TVB-N含量预测模型效果最好,校正集相关系数和均方根误差分别为0.98和0.92 mg/(100 g),预测集相关系数和预测均方根误差分别为0.97和1.56 mg/(100 g)。因此,利用所设计光学传感器对猪肉新鲜度进行检测是可行的。

F22尾焰红外辐射特性及探测仿真研究

针对隐身飞机F22尾焰红外辐射特性,研究了临近空间平台对其进行红外探测的可行性。通过对F22尾喷管及其尾焰气体进行建模和仿真,采用谱带模型C-G近似法将非均匀气体化分成390个小气柱以近似成均匀气体进行处理,计算F22尾焰在不同探测视角下的红外辐射强度。在此基础上,考虑大气透过率和遮挡因素的影响,计算出了临近空间平台对F-22尾焰的理论可探测距离能达到100 km以上。该研究为利用临近空间探测平台对F22的探测提供了参考。

临近空间目标的多谱段探测技术研究

在天基临近空间目标多谱段探测系统中,对探测能力的分析和评估是进行相机设计的前提之一。在单一波段的基础上,论文从多谱段出发,对可见光及红外波段探测系统信噪比和探测距离进行建模,并结合实例分析了可见光及红外波段探测系统的探测性能。红外波段的目标辐射与背景辐射反差大,探测可行性比可见光好。最后在同等条件下,通过比较短波、中波和长波红外的相机极限探测距离,论证了短波红外的探测可行性最好,探测距离最远,为临近空间目标探测提供理论依据。

空间探测相机的能量计算

建立了空间可见光相机对空探测的物理模型.利用辐射传输的基本原理,分析了面源目标亮度和背景辐射亮度与探测相角、背景光入射角和相机数值孔径之间的关系.给出点目标探测时主要噪音源的计算方法,从而推导出可见光相机接收到的以电子数为基本单位的信噪比表达式.通过数值模拟给出各种因素对信噪比的影响,得到了较高信噪比的可行方法.

临近空间飞行器红外探测距离估算

传统的红外探测距离模型主要用于地面目标的检测,载机飞行高度也比较低。在凝视型红外热探测器的基础上,对临近空间的大气环境进行了详细分析,建立了背景辐射模型。在此基础上提出了临近空间飞行器的红外探测距离模型,对红外波段适用范围进行了讨论。计算结果表明,在临近空间环境下,红外波段都有较好的探测结果,在短波下探测时,背景辐射对其探测结果影响很大。

天基可见光相机探测距离仿真分析

探测距离是衡量空间目标天基可见光相机探测、识别能力的一项重要指标。本文从辐射度学和光度学出发,通过对目标光度特性、天空背景特性、CCD噪声特性进行计算分析,建立了信噪比模型,信噪比模型是关于探测距离和成像像元个数的隐式。根据Johnson法则中成像像元个数与探测效果的对应关系,得出探测信噪比、探测距离与探测效果之间的关系。最后,以美国林肯实验室研制的传感器SBV为例,通过Matlab进行仿真计算。为天基光学探测的性能评估和传感器设计提供了一定的参考。