大視場紅外搜索系統(tǒng)目標檢測關鍵技術研究.pdf

1、現(xiàn)代高技術戰(zhàn)爭中，紅外成像探測已成為在復雜電磁干擾對抗環(huán)境下，輔助或替代雷達進行目標監(jiān)視預警的重要方式，也是未來非對稱作戰(zhàn)環(huán)境下戰(zhàn)場防御主要途徑?，F(xiàn)階段發(fā)展第三代紅外探測系統(tǒng)的主要方向是，利用上千像元的大規(guī)格焦平面陣列進行遠距離、大視場、高分辨的目標探測及成像識別。該類系統(tǒng)主要特點是：高精度探測、快速掃描、水平方向360度全景覆蓋和大俯仰角度的搜索警戒。由此，大視場紅外圖像處理、實時目標檢測算法等問題就突顯出來。本文以“十二五”裝備預先

2、研究項目為支撐，以新一代高性能大視場紅外搜索系統(tǒng)的應用需求為依據(jù)，針對大視場紅外圖像的目標探測技術開展研究。論文共分為四個部分：
　　第一部分針對高動態(tài)范圍的紅外圖像，在動態(tài)拉伸過程中由于大視場內(nèi)背景成分較復雜，導致無法有效保留細節(jié)及信雜比下降的問題，提出了一種動態(tài)范圍壓縮及細節(jié)增強(DRCDDE)算法。首先，采用雙邊濾波將原始圖像分解為包含大尺度結構的基底圖像和包含高頻信息的細節(jié)圖像。然后，建立起局部對比度保持的動態(tài)范圍壓縮的算

3、子模型，并提出一種新的非線性亮度轉(zhuǎn)移函數(shù)，實現(xiàn)對基底圖像的自適應動態(tài)范圍壓縮。對于細節(jié)圖像，根據(jù)圖像局部統(tǒng)計特性構建合適的灰度擴展準則，實現(xiàn)低對比度的細節(jié)增強及噪聲的抑制。最后，將兩部分結果進行加權融合。論文用真實的紅外數(shù)據(jù)進行實驗，并提出聯(lián)合度量標準與其它算法進行定量的比較。結果表明，本文的算法不僅能實現(xiàn)各種紅外場景下的動態(tài)范圍壓縮，很好的增強不同溫度背景中的微小溫差細節(jié)；同時還可以有效的增強弱小目標抑制噪聲，即提高了圖像的顯示效果又

4、利于進一步的目標提取。
　　第二部分針對大視場紅外圖像單幀數(shù)據(jù)量大、背景干擾成分繁雜、目標信雜比低等特點，提出了兩種滿足實時處理要求的興趣區(qū)快速提取算法：基于傅里葉頻譜濾波的紅外圖像顯著性檢測和基于分塊圖像加權熵值矩陣的興趣區(qū)提取，并構造基于多特征融合的綜合分類器以實現(xiàn)目標確認和虛警剔除。首先，受人眼視覺系統(tǒng)能快速形成對顯著區(qū)域注意的啟發(fā)，論文提出了基于離散傅里葉頻譜濾波的紅外圖像顯著圖生成算法。算法利用二維Gabor濾波器對紅外

5、圖像進行不同頻率、朝向的多通道特征提??；進而建立了基于頻譜濾波的顯著性檢測（FSFS)模型。它在頻域上建立視覺注意模型獲取圖像的顯著性信息，可以引導計算資源的分配，快速、高效的實現(xiàn)興趣區(qū)提取。此外，結合實測大視場圖像的特點，論文還提出一種基于分塊圖像加權熵值矩陣的快速興趣區(qū)提取算法。它提出一種加權熵特征判別函數(shù)，建立子圖像塊的加權熵值矩陣；通過自適應閾值選取方法對背景分類并快速提取目標興趣區(qū)。
　　第三部分針對大視場紅外搜索系統(tǒng)在

6、大范圍、全景監(jiān)視時，無法自動預知目標尺度信息；而不同距離的目標成像尺寸差異引起的特征變化，使傳統(tǒng)小視場目標檢測算法難以自適應的問題，提出了一種可實現(xiàn)紅外圖像中典型目標定位及自動尺度選擇的算法。利用多尺度分析并基于離散尺度空間理論，算法流程為：首先，用 blob-like結構對圖像中飛機目標進行特征建模，并基于Lindeberg的公理化結論數(shù)值實現(xiàn)了紅外圖像二維離散尺度空間的構造。然后，引入離散導數(shù)近似的概念，推導出能穩(wěn)定提取離散尺度空間

7、中 blob-like特征點的微分組合，稱為歸一化的拉普拉斯的離散相似(NDAL)算子。檢測離散尺度空間中NDAL的26鄰域極大值得到圖像初始的關鍵點。最后，通過分析目標的多尺度奇異性設計冗余關鍵點的聯(lián)合抑制準則，實現(xiàn)真實目標點的提取及尺度選擇。利用尺度信息，指導多特征融合的綜合分類器的設計，獲取較高的目標與虛警的識別準確率。仿真數(shù)據(jù)和多種復雜背景及目標尺寸的真實數(shù)據(jù)進行實驗，結果都證明了本文算法檢測和尺度選擇的能力。算法最大優(yōu)勢在于可

8、在沒有任何先驗知識的條件下提供目標的尺度信息，以指導真實目標的確認和虛警剔除。
　　第四部分針對大視場紅外搜索系統(tǒng)工程實現(xiàn)的大數(shù)據(jù)量圖像實時處理、高速率數(shù)據(jù)傳輸以及并行體系構建等關鍵技術進行了研究。論文設計了一種基于多核DSP+FPGA架構的高性能處理的平臺，實現(xiàn)了多核協(xié)同并行處理、Rocket IO高速串行互聯(lián)和基于SmartReflex技術的動態(tài)功率監(jiān)視。在該平臺上，進一步基于可重構并行技術完成算法的實時處理。測試表明，設計的