基于N-P准则的红外线列非均匀性对目标检测的影响分析

非均匀性是制约红外系统成像质量的关键因素之一。提出了非均匀性对目标检测影响程度的分析方法,给出了不同性能的目标检测系统对于非均匀性的指标要求。该方法首先采用点光源成像实验仿真了非均匀性和信杂比的关系,然后根据N-P准则(Neyman-Person Criterion)从理论上推导了信杂比与检测概率和虚警概率的关系。实验结果表明,非均匀性每增大1%,检测概率降低15%左右,当非均匀性达到10%时基本失去目标检测功能。当虚警概率降低到5%左右后将不再受非均匀性的影响。     

焦平面探测器图像非均匀性对目标检测的影响

随着机载光电设备对远距红外小目标探测能力要求的日益提高,如何提高目标检测性能成了一个热门的研究方向。研究图像非均匀性对目标检测性能指标的影响也成为一个具有重要工程意义的课题。针对红外焦平面图像两点校正后的图像特点,通过理论推导和实验仿真,分析了图像非均匀性大小与信噪比、检测概率和虚警率的关系。     

一种基于广义累积和的多波段红外变异点目标检测方法

在红外搜索跟踪应用中,对突然出现和消失的变异点的检测一直是个亟待关注和研究的重要课题。随着多波段红外探测系统的应用,提出一种基于广义累积和的红外目标运动轨迹序列检测新方法,将检测波段从单波段扩展到多波段,从而保证虚警概率不大于某一定值的情况下,使多波段变异点探测概率增大或使所需的信噪比和平均检测时延大大减小。数据仿真表明,这一方法在红外变异点目标序列检测方面具有良好的效果,在虚警概率一定的情况下,信噪比检测门限可降低至传统方法的60%,双波段变异点平均检测时延约减少为传统检测方法的1/2。     

基于梯度相关性的红外微弱目标检测

提出了一种新的基于空域梯度相关性的图像杂波自适应预测算法.该算法能显著改善微小目标的邻域信杂比(SCNR).试验证明,本算法相对于已有的多种算法,有着更好的性能.对微弱目标SCNR的增益相对于传统算法提高3 dB以上.本文还引入了一种基于统计分析的微小目标检测算法.该算法考虑了微小目标在图像集成时的重叠特性,能在不增加系统运算负荷的情况下,获得更高的检测概率,相对于不考虑重叠特性的算法,在虚警概率小于10-4时,假设重叠系数为3,SCNR为4 dB,系统检测概率从小于20%,大幅提高到80%.理论分析及仿真表明,本文提出的检测系统存微小目标枪测中,具有很高的实用性.系统在原始信号的邻域信杂比(SCNR)小于0 dB的情况下,能有效检测出目标,在采用10帧集成检测,目标像素重叠参数为5的情况下,虚警概率小于10-7,系统检测概率大于80%,虚警概率小于10-4,系统检测概率大于95%. 标在图像集成时的重叠特性,能在不增加系统运算负荷的情况下,获得更高的检测概率,相对于不考虑重叠特性的算法,在虚警概率小于10-4时,假设重叠系数为3,SCNR为4 dB,系统检测概率从小于20%,大幅提高到80%.理论分析及仿真 明,本文提出的检测系统存微小目标枪测中,具有很高的实用性.系统在原始信号的邻域信杂比(SCNR)小于0 dB的情况卜,能有效检测出目标,在采用10帧集成检测,目标像素重叠参数为5的情况下,虚警概率小于10-7,系统检测概率大于80%,虚警概率小于10-4,系统检测概率大于95%. 标在图像集成时的重叠特性,能在不增加系统运算负荷的情况下,获得更高的检测概率,相对于不考虑重叠特性的算法,     

扫描非均匀性对点目标探测影响

为了深入研究物方扫描机构与点目标探测性能的关系,定义了度量扫描机构运动特性的扫描非均匀性指标。根据扫描成像的物理过程,建立了线阵探测器扫描成像模型,并以目标信噪比为核心分析了TDI探测器下扫描非均匀性的影响。首先,根据物方扫描工作特点设置了与扫描机构工作方式相配合的探测器积分时序,并建立了扫描非均匀性度量参量;其次,在经典成像模型的基础上建立了符合积分时序和TDI工作原理的点目标成像模型,并结合探测器噪声模型和TDI工作原理推导了目标信噪比计算公式,通过该公式分析了不同光学系统、TDI级数及目标尺度条件下目标信噪比与扫描非均匀性的关系;最后,从保证能够目标检测性能的角度给出了在相对信噪比限制条件下扫描非均匀性上限。所建立的成像模型准确反映了扫描探测系统各部分特性,分析结果对探测系统的总体设计和指标分配具有指导意义。     

逐次扫描平均CFAR

目前使用的滑窗式 CFAR 方法的主要缺点是在有非均匀背景干扰时性能严重下降。利用雷达环境固有的局部均匀性,用杂波图替代它可得到良好的性能,同时检测损失小。本文分析一种这样的方法,并证明它在相当一般的条件下工作良好;给出了在几种虚警概率值时的检测概率与平均信噪比的曲线。还探讨了自遮蔽目标问题,并评价了由这种现象引起的性能降低;对几种系统参数值给出了检测性能与在同一图单元中对持续目标扫描数的曲线。     

时空域滤波方法在红外弱小目标检测系统中的应用

针对远距离红外弱小目标低信噪比的特点,提出一种空域滤波与粒子滤波相结合的目标检测方法.首先在空域进行形态滤波Tophat变换,抑制背景和背景杂波,得到了滤除背景的目标图像,再通过滑窗累积方法进一步增强目标,提高目标的信噪比,增大检测概率.然后根据目标时域运动的连续性和规则性,采用基于粒子滤波预测的邻域目标检测判决方法,达到弱小目标检测的目的.实验结果表明:该方法能够有效地检测出幅度信噪比约为1.7的弱小目标,对背景变化情况下的弱小目标检测具有较好的适应性.     

多窗口自适应的面目标滤波算法研究

在研究传统红外面目标滤除椒盐噪声算法的基础上,提出了多窗口自适应的面目标滤波算法.针对椒盐噪声在红外图像上是区域灰度值极值的这一特征,根据噪声密度的大小调整窗口区域的范围,找出窗口区域内灰度的最大和最小值像素点.在信噪比较高的情况下,利用窗口区域周围像素灰度值对噪声点重新赋值;在信噪比较低的情况下,选取阈值去除误检点,减少误差.仿真结果表明,该算法在高信噪比的情况下,平均绝对误差较传统算法降低了约1%～2%:在低信噪比的情况下,通过阈值处理,峰值信噪比较处理前提高约1%～4%.     

基于单光子计数激光雷达的Bayesian检测研究

在单光子计数激光雷达检测领域,目前的检测方法在低信噪比情况下虚警概率会增加,同时也无法适应噪声变化的问题。针对这些问题,提出了一种基于Bayesian的检测方法,该方法首先通过雷达方程估计回波信号光子数的范围,将其作为先验信息,而后结合二项分布建立了累计概率模型,基于Bayesian判决准则计算得到检测阈值,此阈值能够在检测概率与虚警概率中间择其平衡。这种方法不仅克服了低信噪比检测困难的情况,还减少了先验信息的获取难度。实验结果表明,对比固定阈值其虚警概率降低了10倍。对比“恒虚警”其检测概率提高了约20%。验证了方法具有良好的检测效果,具备一定的可操作性。     

点目标检测中线列探测器非线性响应的分析

红外点目标检测系统和普通红外成像系统的应用和目的不同,非均匀性校正的依据也应不同.在探测器非线性响应模型的基础上,从数学推导和实验数据两方面对比和分析了线列探测器线性响应和非线性响应各自引起的非均匀性对点目标检测性能的影响.结果表明,非线性响应引起的非均匀性致使检测概率降低的程度大于线性响应,致使虚警概率提高的程度也大于线性响应,这一结论可为点目标检测系统中线列探测器的非均匀性校正提供依据.

Abstract：

Both the applications and purposes of infrared point target detection system are different from those of general infrared imaging systems,so the foundation of nonuniformity correction should be different.Based on the nonlinear response model,the influences of nonuniformity produced by linear response and nonlinear response of line array detector on point target detection are compared and analyzed according to mathematical derivation and experimental data.The results indicate that both the decrease of detection probability caused by nonuniformity and the increase of false alarm are greater than linear response,which can provide a foundation for nonuniformity correction in point target detection system.     

弱目标检测系统中红外焦平面阵列非均匀性校正算法的研究

提出了一种在弱目标检测系统中,线列或面阵红外焦平面的非均匀校正算法-基于可变积分时间和均衡噪声的两点现场校正算法.该算法充分结合了基于标定的校正算法和基于景象的校正算法的优点,考虑了焦平面阵列在不同积分时间下暗电流的变化、有效地均衡了各探测单元的噪声影响,使目标的信噪比达到了最佳效果.实验结果表明该方法在校正性能和对弱目标的提取能力上要明显优于两点校正算法.     

基于时－空过采样系统的点目标检测性能分析

为了提高扫描成像系统对于点目标的探测性能,提出了时-空过采样点目标探测体制,并对其进行了目标检测性能分析。首先,分析了单采样体制在点目标探测中易存在跨像元导致的目标能量分散问题,以及探测器随机高强度噪声及空间质子流尖峰信号导致的虚警问题;然后,提出了用于点目标扫描探测的时-空过采样体制。最后,基于图像信噪比对相同光学系统下单采样和时-空过采样系统的目标检测性能进行了比较分析。分析结果表明,通过过采样方式能够实现目标能量集中到一个像元,保证了图像信噪比需求。通过高分辨率融合使得目标尺度大于噪声及尖峰的尺度,目标尺度最大扩展至3?3像元,基于目标空间相关的处理可以有效降低虚警,提升系统检测性能。     

红外焦平面阵列的非均匀性仿真方法研究

在研究红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array, IRFPA)非均匀性校正算法的过程中, 需要通过仿真获取大量带有非均匀性信息的目标图像。根据IRFPA非均匀性的产生机 理,分别建立了探测元非均匀性、读出电路非均匀性和漂移噪声的数学模型,并利用这些 模型在理想图像上分别叠加了这三部分的非均匀性,最终获取了目标图像。在仿真过程中,假设非均 匀性噪声符合高斯分布,通过设置模型系数使其具有不同的均值和方差,可以实现 不同程度的非均匀性仿真。由于考虑了漂移噪声,本文方法的仿真结果更为符合实际情况。     

基于时－空过采样系统的点目标检测性能分析

为了提高扫描成像系统对于点目标的探测性能,提出了时-空过采样点目标探测体制,并对其进行了目标检测性能分析.首先,分析了单采样体制在点目标探测中易存在跨像元导致的目标能量分散问题,以及探测器随机高强度噪声及空间质子流尖峰信号导致的虚警问题;然后,提出了用于点目标扫描探测的时-空过采样体制.最后,基于图像信噪比对相同光学系统下单采样和时-空过采样系统的目标检测性能进行了比较分析.分析结果表明,通过采样方式能够实现目标能量集中到一个像元,保证了图像信噪比需求.通过高分辨率融合使得目标尺度大干噪声及尖峰的尺度,目标尺度最大扩展至3×3像元,基于目标空间相关的处理可以有效降低了虚警,提升系统检测性能.     

一种基于循环谱的突发信号盲检测算法

突发信号盲检测在非合作通信中至关重要。待检测信号特征量的构造与突发信号段起止点的精确捕获是突发信号盲检测技术的关键。文中提出了一种基于循环谱的突发信号盲检测算法,算法首先以循环谱循环频率截面的相对方差作为待检测信号的特征量,该特征量具有优良的抑制突发强噪声干扰性能;然后利用特征量的方差进行信号存在性判决;最后采用基于特征量峰值的突发信号段起止点搜索算法,避免了设置检测门限带来的信噪比估计、噪声功率估计等问题,同时可在一定的检测正确率条件下保证起止点的捕获精度。仿真结果表明,该算法能有效抑制突发强噪声干扰,信号存在性判决准确率高,而且在误差控制要求较严格条件下的检测精度优于双窗能量法。      

基于EMD的车载雷达抗干扰研究

随着高级驾驶辅助系统的发展,毫米波雷达被广泛应用于汽车上,但随着道路上雷达的增多,雷达抗干扰也成为一个研究热点。线性调频连续波雷达之间的相互干扰可以分为交叉干扰和平行干扰,交叉干扰会使得本地噪声增加,降低目标的信噪比进而影响目标检测,平行干扰会产生虚假目标,但是出现的概率比较小。为了解决交叉干扰带来的影响,提出了经验模态分解和自回归模型相结合的干扰抑制方法。首先将含有干扰的回波信号进行经验模态分解,通过本征模态函数的自相关函数能量找出有用信号主导的模态和干扰信号主导的模态。其次对干扰信号主导的模态采用阈值法进行干扰点检测,并采用自回归模型的方法对干扰点的值进行恢复。最后将所有的模态加起来得到干扰抑制后的信号。实验结果显示,该方法能有效地降低频域噪声基底提高目标的信噪比。     

运动点目标精确定位方法研究

对运动点目标的能量分布及焦平面相位噪声进行分析.提出了通过空间过采样及多帧叠加的方法,减少焦平面相位噪声的影响,并积累点目标能量,使得点目标扩大为小目标斑.通过求小目标斑的中心来得到点目标的精确定位.应用该方法,即使在低信噪比情况下,仍能取得良好的定位效果.     

机载光电设备对高空气球的光谱可见性分析

对高空气球与机载探测器所处环境特性进行分析,利用MODTRAN大气传输模型计算了相同时刻下不同探测点的背景噪声强度,和不同时刻下目标处的背景光亮度,采用反向蒙特卡罗法计算出空基探测点处接收到的高空气球的散射亮度,计算出探测数据的信噪比,并就目标的光谱可见性进行了分析。计算表明,机载探测时,当目标位置与探测高度固定的情况下,探测夹角越小,目标的太阳天顶角越大,则探测信噪比越高,越容易满足探测仪器的阈值并有利于探测谱段的选择。     

旋转均值滤波用于提高红外点目标图像信噪比

当距离红外传感器很远时,目标在红外图像中表现为点目标。充分利用点目标,背景杂波及噪声在空间域中的表现形式,并结合均值滤波滤除噪声的特性,提出了一种新的滤波方法——旋转均值滤波法。将此算法运用在信噪比不大于3的红外点目标图像中,实现了背景抑制,突出目标以及提高信噪比作用,并能够满足实时处理的要求。