基于图像合成的红外点目标图像生成方法研究

本文提出了一种红外图像仿真方法.首先对目标在探测波段内的辐射强度的组成和光谱分布特点进行了分析,并对目标的辐射强度、光谱分布和运动等特征量进行了模拟.然后根据大气和成像系统的调制传递函数建立了相应的大气效应模型和成像系统效应模型.最后根据红外成像原理并结合探测器参数,将目标的仿真模型与实拍的背景红外图像通过图像合成算法进行融合,从而实现了目标与场景的快速生成.该方法通过理论数据和实验数据的结合,提高了场景的可靠性,对于测试和评价红外搜索跟踪系统具有一定的参考价值.     

被动式红外探测器多波段成像的仿真

根据红外成像原理,建立基于Vega的红外仿真系统模型,包括红外场景、红外探测器及大气传输三个模块.首先分析各模块实现原理及方法,研究在不同波段内被动式红外探测器成像的差别.然后介绍Vega平台上红外仿真的设计方法及程序流程图,并实现仿真模型的建立.最后分别得到3～5μM和8～μm波段内红外地面场景的仿真图,并分析不同波段内场景辐射量、大气衰减量及探测器各参数设置对仿真模型中得到的图像亮度的关系.结果表明:被动式红外探测器探测到的辐射量主要由场景自身的温度决定,但是相同条件下在8～μm岬波段内到达探测器的场景辐射量大于在3～5μm波段内到达探测器的场景辐射量.     

海空背景凝视红外成像系统作用距离研究

针对凝视红外成像探测系统作用距离计算问题,在分析传统作用距离模型的基础上,提出基于图像目标信噪比检测依据的新距离计算模型.该计算模型全面考虑了目标与背景的对比度以及红外图像空间起伏噪声特性,给出了复杂背景限制下红外凝视成像探测系统作用距离计算公式.海空背景下舰载红外凝视成像系统探测距离计算实例表明该计算模型相对于原有计算模型能够更准确解决复杂背景情况下红外成像系统作用距离的估算问题.     

基于单站双波段红外图像的面目标被动测距研究

论文将凝视红外成像系统的工作过程划分为与目标距离有关的第一阶段和只与探测器有关的第二阶段;针对第一阶段推导了面目标在凝视红外成像系统入瞳处的辐亮度的表达式,针对第二阶段利用黑体定标实验求解了红外图像灰度与入瞳处目标辐亮度之间的表达式;然后基于单站舣波段红外成像系统所得到的目标红外图像推导了面目标距离表达式.最后论文采用机场等地实测单站双波段红外图像数据对算法进行了验证并对试验结果和误差进行了分析.     

转动红外探测器下地面远距离运动目标检测方法

地面远距离运动目标检测是红外成像防御中的关键技术之一。地面远距离运动目标检测指利用红外探测器对远距离运动目标实现自动探测和捕获。由于目标距离较远,在红外探测器上成像面积较小,同时远距离运动目标容易被遮挡,很难将目标从复杂的地面背景中提取出来。提出了一种能够在面阵红外探测器转动的条件下实现远距离地面运动目标检测方法。首先利用图像信息计算红外探测器的运动补偿参数并通过背景更新获取目标一次检测结果,然后采用光流法获取背景和目标的运动信息,通过计算背景和目标之间的运动信息相关性实现目标最终检测。实验采用多种场景对文中算法进行验证,结果表明该方法通过转动红外探测器可以扩大目标搜索区域,利用背景和目标之间运动信息的相关性有效地克服了目标遮挡、目标重叠和视差等问题。     

点源目标的红外搜索与跟踪系统的作用距离估算

红外目标的探测在告警、制导等领域具有重要意义.在中远距离探测中,红外搜索与跟踪系统的作用距离受到大气传输、红外探测器的性能以及目标的辐射功率等因素的影响.传统红外系统的作用距离方程具有一定的局限性.考虑到目标成像弥散斑和背景辐射的影响,对红外搜索与跟踪系统(IRST)的作用距离方程进行修正,得到IRST系统的作用距离与系统的噪声等效温差(NETD)之间的关系,推导出探测器噪声限下对点源目标的作用距离方程.为IRST系统的综合评估和设计提供了一个重要的依据.     

中波红外鱼眼系统被动测距方法

依据目标成像辐射通量变化与距离的关系,针对典型空中目标成像的特点,提出一种适合中波红外鱼眼凝视系统的被动测距方法.在红外鱼眼系统探测范围内,空中目标理想成像面积远小于单个像元面积,因而,背景估算时忽略目标对背景的遮挡,从采集图像与背景的差值中估算焦平面接收的光斑总体辐射通量.目标的红外辐射受到大气中传输衰减,短时间测量...     

星载红外探测器对高超声速飞行器探测距离的计算

为了有效地对临近空间高超声速飞行器进行探测预警,计算了星载空间红外探测器的作用距离。全面考虑到目标、背景到探测器之间的大气透过率差异、路径辐射以及点目标成像的弥散效应的影响,推导出新的作用距离模型,同时指出模型中的参数仅是波长的函数,与探测距离无关。基于空气动力学、发动机加力燃烧原理、羽焰温度流场简化模型,计算X-51A蒙皮、喷管及尾焰的红外辐射强度;综合自然环境的影响,建立海面背景的红外辐射模型。仿真指出,在动力段,X-51A的中波红外辐射强度和作用距离均高于长波波段,并且随着飞行速度的增加,中波和长波的辐射强度与作用距离都增大,考虑了成像弥散效应的作用距离明显小于无弥散效应的作用距离。表明使用中波对X-51A的探测能力优于长波,实际探测时弥散效应必须考虑。     

焦平面探测器红外成像系统探测作用距离估算

建立了焦平面探测器红外成像系统对红外目标的探测作用距离估算模型.该模型综合考虑了系统观测环境条件、目标红外辐射特性和焦平面探测器红外成像系统对探测作用距离的影响,能够有效估计系统对特定飞行目标的探测作用距离。依据该模型可科学地对红外成像系统的各关键技术参数进行论证计算,从而加强系统的顶层设计,为工程实践奠定理论基础,指导相关成像系统的研制过程。因此该模型具有十分重要的工程应用价值。     

红外动态景像仿真中探测器效应的研究

本文结合中国科学院知识创新课题-"红外凝视成像系统分析、测试模型研究",着重分析了焦平面探测器对红外仿真图像造成的影响,建立了相应的数学模型.分别对探测器的时空采样、非均匀性和各种噪声影响进行了详细的讨论.大大提高了红外仿真图像的真实性和可靠性,现已很好地服务于后续信号处理与评价系统.     

相向运动条件下图像的辐射状退化及其复原研究

当摄像机随载体作高速运动时,由于成像曝光时间、摄像机与目标间的纵向相对运动等因素使目标图像产生从中心到边缘的辐射状模糊,使系统有效视场减少,影响对目标的探测、识别和跟踪.本文根据运动成像关系和光电探测器的信号积分机理,研究了摄像平台高速运动条件下,图像辐射状模糊的图像退化模型,对几种特殊图像的退化进行了分析;并针对实际离散成像过程,建立了图像退化模型,分析了影响辐射状退化的因素;提出了一种辐射状模糊图像的递推复原处理算法;计算机方法模拟的辐射状退化图像与实际图像一致,复原算法可有效地减轻相向运动所造成的图像辐射状模糊.     

天基微弱运动点目标检测研究综述

近几十年来,针对复杂背景下红外图像序列的天基微弱 运动点目标探测问题备受关注。该问题对于空间监视系 统、预警系统以及导弹跟踪系统等而言十分重要。受各方面的影 响,天基微弱点目标检测、跟踪和识别研究仍然面临着很多挑 战。仪器抖动和平台运动均会造成目标定位偏差。受制于观测距 离和天基成像环境,目标往往会淹没在背景杂波或噪声之中。因此,如 何在低信杂噪比的情况下快速、准确地探测和识别运动点目 标,并满足检测率和虚警率指标,是相关领域亟待解决的问题。 对近年来国内外相关领域的研究进行了分类和总结,以期在此基 础上寻求新的探索和发现。     

基于多尺度生成对抗网络的运动散焦红外图像复原

红外热成像系统在夜间实施目标识别与检测优势明显,而移动平台上动态环境所导致的运动散焦模糊影响上述成像系统的应用。该文针对上述问题,基于生成对抗网络开展运动散焦后红外图像复原方法研究,采用生成对抗网络抑制红外图像的运动散焦模糊,提出一种针对红外图像的多尺度生成对抗网络(IMdeblurGAN)在高效抑制红外图像运动散焦模糊的同时保持红外图像细节对比度,提升移动平台上夜间目标的检测与识别能力。实验结果表明:该方法相对已有最优模糊图像复原方法,图像峰值信噪比(PSNR)提升5%,图像结构相似性(SSIMx)提升4%,目标识别YOLO置信度评分提升6%。     

红外运动目标轨迹重构动态仿真平台

提出了一种红外热成像视频中运动目标识别追踪以及轨迹重构的动态仿真方法。通过仿真环境中虚拟红外图像的生成方式与成像的基本模型,对得到的图像进行一系列预处理。以空对空场景搭建了基于Gazebo与OpenCV的动态仿真平台,利用平滑约束算法对追踪目标进行实时动态轨迹重构,提出了误差分析模型,并分析出轨迹重构算法的性能以及仿真平台的效能。实验结果表明,该方法针对空对空场景下的红外运动目标轨迹重构具有较好的精度与鲁棒性,对目标的运动模型基本没有约束,同时仿真平台具有较高的运行效能与实时性,普通家用电脑即可实现高于60 fps的实时动态仿真,满足轨迹重构算法性能测试与训练的需求,其核心算法亦可迁移至机载计算平台实现真实场景下的实时轨迹重构。所提出的单路热成像视频中运动目标轨迹重构动态仿真方法对空间目标三维轨迹重建与动态测距定位的研究具有重要意义。     

距离选通技术在运动目标激光主动成像中应用

激光主动成像系统已被广泛应用,但是大多系统都是针对静止目标,在实际应用中对运动目标成像时受到限制。文中首先阐述了针对静止目标的激光主动系统,然后分析了运动目标成像时与静止目标的不同,分析了相对运动和固定焦距的光学系统的离焦效应,构建了3种运动目标激光主动成像体制,最后,在对静止目标成像的基础上,采用红外热像仪在大视场内跟踪目标,测距机实时测量距离信息的方式,建立了基于距离选通的运动目标激光主动成像系统。实验获得了距离500 m,运动速度为5 m/s气球运动目标的图像,突破了合作目标及多点定位的限制,为进一步跟踪快速运动目标提供了借鉴,同时也对运动目标激光三维图像的获取与处理研究提供了基础。     

基于运动特征的远距离红外目标检测方法

在红外热图像序列中检测远距离运动目标具有重要的军事和民用价值。由于远距离目标成像后所占的像素较少,同时受成像环境和成像条件的影响可能会存在较强的背景噪声,目标与背景的差异不明显,检测比较困难。本文针对热红外图像序列,提出了一种远距离目标的检测方法。该方法首先利用top-hat算子选择备选目标,然后利用备选目标在不同帧中的相关程度分析目标的运动特征,选择有确定运动特征的目标作为检测结果。该方法不需要进行背景估计,可以有效地避免强背景噪声的影响;通过调整运动模型,可以应用于不同运动特征的目标检测问题。实验结果证明了本文方法的有效性和鲁棒性。     

应用于校正扩展视场偏差的红外成像测量方法

介绍了一种可扩展视场红外光学系统的工作原理,针对系统初始化后由于楔形镜装配误差引起的视场偏差对成像的影响,设计了一种校正该光学系统视场偏差的红外成像测量方法。通过计算机视觉技术在目标运动轨迹测量中的应用,把该技术与红外成像系统进行结合;用红外成像系统对运动目标成像,将目标的运动轨迹视为序列离散点,利用计算机视觉技术对这些离散点进行轨迹检测,并采集这些目标连续运动过程中的离散点图像。后期通过对采集的目标运动轨迹原始图像进行像图像处理,运用编程仿真构造目标的实际运动轨迹,最终完成了可扩展视场红外光学系统视场偏差的校正。结果表明,基于计算机视觉技术的红外成像测量方法能够很好地实现运动目标的轨迹测量。     

基于时空域滤波的红外弱小目标背景抑制

在红外成像探测系统中,对红外图像背景进行有效的抑制是准确检测出弱小目标的前提条件.基于目标在空域局部灰度稳定和时域运动连续的约束,提出了一种基于时空域滤波的红外弱小目标背景抑制新方法.首先,利用引导滤波保存图像细节和时域偏微分方程提取图像中突变区域的优势,实现对图像空域与时域中平稳和强起伏不同特征复杂背景进行抑制处理;然后,将时空域背景抑制结果利用相与操作算子处理完成对高度类似弱小目标信号的剔除;最后,为恢复前期抑制结果中丢失的目标信息,利用时空域融合结果作为引导图像进行进一步优化处理,得到最终背景抑制结果.仿真实验采用两组低信杂比运动弱小目标红外图像序列进行方法验证,并将该方法与几种背景抑制方法进行了比较,实验结果表明:该方法无论从主观视觉还是客观评价指标上均优于其他几种方法.     

深空双波段红外动态场景仿真与目标分析

为了提高深空中红外探测器探测波段选择的效率以及反映目标真实的在轨状态,文中研究了空间目标动态红外图像的生成技术以及双波段红外图像的仿真。结合从STK获得的空间目标的运行轨迹和姿态数据以及从3DS MAX获得的目标模型数据提出了一种进行空间目标红外成像仿真的方法。首先分析了深空背景中目标的红外辐射特性以及目标在中波和长波两个波段中的辐射特性,为探测器波段参数的选择提供了依据;然后介绍了用节点网络法求解热平衡方程的方法并且简化了求解过程,提高了效率;最后阐述了空间目标红外成像系统的理论模型,实现了空间目标的红外可视化建模与仿真。仿真图像对新型系统的研制和红外图像处理算法的研究有重要的意义。     

离轴三反大视场空间相机像移速度场模型

大视场空间相机在轨成像期间,由于地球自转、卫星姿态机动和颤振等因素导致焦面像速场呈非线性各向异性分布。为此提出了一种新的基于刚体运动学的像移速度场建模方法,考虑离轴角参数,推导了离轴三反大视场空间相机的像速场解析式。以某大视场空间相机为例,分析了侧摆成像时同速与异速像移速度匹配模式对相机成像质量的影响。分析结果表明:以传函下降5%为约束,侧摆15成像时,当积分级数大于10级时应采用异速匹配模式,积分级数为32级时,异速匹配相比于同速匹配使焦面动态MTF从0.340 8提高到0.970 2。当积分级数确定为16级时,侧摆角在12.3以内时可采用同速匹配模式。在轨成像结果证明了像移速度场模型的准确性,可为大视场空间相机像移补偿提供可靠依据。