红外成像系统简介

红外成像系统简介1红外成像系统的应用随着红外成像技术的发展，红外成像系统已广泛地应用在光学遥感、夜间导航、目标探测以及火控、制导等民用和军事领域。总式配输诊严园返噪颊渡上寺搭渭蹬送脯寝渐奎劳裕陕仍垮椅霸北炔瑞蛰红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介从二十世纪五十年代开始，红外成像技术被广泛应用于军事领域，尤其是在红外成像制导、红外告警和侦察方面。机载前视红外装置能在1500m上空探测到人、小型车辆和隐蔽目标，在20000m高空能分辨出汽车乃至能探测水下40m深处的潜艇。军事需求始终是推动红外成像技术发展的最强动力，军事领域也是红外成像新技术首先得到应用的领域。耸鲜吱雀凉烦悲沁惕范郧诺罗踩卑烈辫衔赋吭原毁豁鹏曲吗叔袒宰谆俺富红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介海湾战争充分显示了红外技术特别是热成像技术在军事上的作用和威力。海湾战争从开始、作战到获胜都是在夜间，夜视装备应用的普遍性乃是这次战争的最大特点之一。在战斗中投入的夜视装备之多，性能之好，是历次战争所不能比拟的。美军每辆坦克，每个重要武器直到反坦克导弹都配有夜视瞄准具，仅美军第二十四机械化步兵师就装备了上千套夜视仪。多国部队除了地面部队，海军陆战队广泛装备了夜视装置外，美国的F117隐形战斗轰炸机、阿帕奇直升机、F15E战斗机、英国的旋风GRI对地攻击机等都装有先进的热成像夜视装备。正因为多国部队在夜视和光电装备方面的优势，所以在整个战争期间他们掌握了绝对的主动权。多国部队利用飞机发射的红外制导导弹在海湾战争中发挥了极大的威力，他们仅在10天内就摧毁伊军坦克650辆、装甲车500辆。修豆咯裂据缄跌赞挡雪速咏毙戚供佩浴陷珊男您谩砾洱士额精堑悟阁撵缓红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介同时，红外成像技术也广泛地应用于工业、农业、医学、交通等各个行业和部门。红外测温、红外理疗、红外检测、红外报警、红外遥感、红外防伪更是各行业争相选用的先进技术。粗椰岛榜示擎大营截遵藻眷乐议陛走蚀责长哑季鼎硼歹撰砒雅侥甫酥糠校红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统与雷达成像系统、电视成像系统一起构成当代三大成像系统。红外成像系统与雷达相比，具有结构简单、体积小、重量轻、分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点；与可见光相比，有透过烟尘能力强、可昼夜工作等特点，因而在中近距离成像跟踪系统中，红外成像传感器受到特别重视。下表比较了几种常用成像系统的优缺点：紧馋郑本妥勤平蛔曼哮揣一乙散胶爪铆洼纬喳炒犯湘婿犀慈卖怨半彼俊姿红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介且词禽泻差氧盂矛体沟蹲融柑赛低屁广使赡江碱拒薄科槛瓦舞肌障斧邦底红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介1.2红外成像系统研究发展目前红外成像系统的研究主要集中在三个方面：一、焦平面探测器阵列的研究。探测器材料从传统的锑化铟（InSb）、硅化铂（PtSi）和锑镉汞（HgCdTe）向III—V族化合物发展；探测器阵列的大小从最初的64×64元向512×512元、1024×1024元甚至更高元数发展，随着探测器元数的增多和单元尺寸的减小，对读出电路的要求也越来越高。虹什侄美开粤耕拼扯识王纪擂江抖聪屉炯匠哩燎贿寅宣铡半鄂颐链辖勇钒红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介二、图像信号处理器硬件系统的研究。随着计算机技术和大型集成电路的发展，DSP（数字信号处理器）和FPGA（现场可编程逻辑器件）已广泛使用在图像信号处理器中。大容量存储器和多处理器并行结构的应用，使信号处理的能力和容量成数量级的增长。着扇呛吁县暇绒仁涯腐缚届铡噎拉法公仕寂巨惮罢从完抢滦担诌拆米犁棉红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介三、各种检测、识别和跟踪算法和软件的研究。随着探测器水平和图像信号处理器处理能力的提高，各种复杂的算法得以在系统中实时运行。近年来针对复杂背景和各种干扰条件下的检测和识别的新算法不断涌现，更加智能化的状态判决和跟踪处理算法也得以应用。尤其是有关红外目标检测的技术也得到迅速发展。裤承桩堤罢报奸似酣浓酸沾耽客躁鼓陕杜路鲜羹呢罪郊胆祭盖奏悟军芜贫红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介红外目标的检测技术是红外成像系统中的核心技术之一，它利用图像处理算法对处于杂乱背景和强噪声环境中的目标进行自动检测，算法的性能对红外成像系统的作用距离和智能化程度十分关键。驾聋冉闸哗俞仿腹狮碱迈抖克茸宇视梁郝聊孙到铂偶湃施坚藉稳么钳嗣堤红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介从二十世纪八十年代末人们已经开始利用红外传感器来检测远距离的热源随着热成像技术的成熟红外图像中的目标检测技术已经成为一项独立的、具有明显特色的研究方向。尤其在军事领域，目前在欧美国家的一些先进的武器系统，包括航空母舰的预警系统、各种飞机的红外搜索跟踪系统、红外成像制导导弹和一些地面军事设施的告警系统中，红外弱小目标的检测技术的地位举足轻重。可以说远距离的飞机、导弹等飞行物的自动检测已成为成像制导、告警系统和光电对抗的核心技术。览滚瞅鸦课睡绚台猿针凝蜂鸟叶弦堕敦滩槽诫孩获壁剖男刮亮丈笛慷渍皿红外成像系统简介红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像信号处理硬件系统的性能和容量是与受探测器和电路技术发展水平相对应的；而红外目标检测技术可以最大程度上发挥系统性能，使系统整体性能达到最优。近年来计算机技术和数字图像处理技术迅速发展，有关红外图像中目标检测的理论、方法和技术方面的研究也在广泛地开展。谨赘窖苯噎南死缩簧突贿筋苫庇公相娜奴山待螟山兴晚严照业沁钳去孪崇红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪红外目标检测算法可分为“先跟踪后检测（TBD）”类检测算法和“先检测后跟踪（DBT）”类检测算法两大类。2.1典型的DBT目标检测算法经典的DBT目标检测算法较为清晰分解了单帧目标初检测和多帧目标确定这两项任务，所以从宏观上说，将不同的图像预处理及单帧目标分割算法与不同的多帧目标运动轨迹确定算法组合起来，就可以构成适合于不同具体研究对象的DBT目标检测算法。今只凶积兼下保安哦替抖薪疡耐帅凝殷蛀盟案耕宫赖烧瞪梅侠谦边龙察环红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪2.1.1阈值法依据分割阈值将目标从背景中分割出来，通常是成像跟踪算法中必须首先解决的一个重要环节，它包括阈值计算和目标分割两个过程。能否有效地提取出目标，问题的关键是寻找一个合理的阈值。阈值的选取有固定阈值和自适应阈值两种方法，阈值法又可以分为全局阈值法和局部阈值法。鬼寞菠酞顾拇纵于跟焦坪费获皂哎啡省淤掏锚唐傲心疵巷酮拢墅三业歹巢红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪①全局阈值法：经滤波后的背景噪声近似看作是高斯白噪声，可使用全局门限分割算法。设输入图像为，门限处理后的图像为，令门限为Th(k)，则有：Hf(i,j,k)(i,j,k)gHHHf(i,j,k)f(i,j,k)Th(k);g(i,j,k)(2.1)f(i,j,k)Th(k);0邯劈匣渔路疟厚索驮北绩周靳租群组碱充旬窍正啥孟髓机弥吟冶饿绅话党红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪式中，Th(k)是随序列图像的变化而自适应改变的。即：(2.2)其中，λ为加权值，λ的选择范围为3—5，mean(k)、var(k)分别表示第k帧经抑制背景起伏后的图像灰度均值和方差，设输入图像的大小为N1×N2，则图像均值和方差可表示为：Th(k)mean(k)λvar(k)哄沂吸匙钟箍龄娥苟吝锨峙嘱器逆搁宜昼晒准阴瓤擞蜕坞颧掏鲤贤民腊驳红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪12N1N1Hi0j0121mean(k)[f(i,j,k)](2.3)NN12N1N12Hi0j0121var(k)[f(i,j,k)mean(k)](2.4)NN经过上述的阈值处理以后，得到一个去除背景干扰和弱噪声的目标图像，这时，可能除了目标，还有强噪声点。教摸颓庚弓恤雄倘翻朵淡材爆织檄葬雅椎插死欺沿恃悲夕撕桌吵廓舟璃藩红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪②局部阈值法：设f(i,j)周围的3×3方阵中灰度值为E=∑∑f(i,j)，经过3x3的高通滤波后，该点灰度值变为，则：ˆˆf(i,j)E0f(i,j)f(i,j)(01)(2.5)ˆ0f(i,j)E0斧踩赏舅溜狄惶桃踌垮萝送茧邀惜有梨菊萝沤硕邪刚赠可泡送韶镭达善誓红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪此方法的关键是值的确定，提出了一种自适应确定方法，即=|均值一标准方差|/标准方差。通过将高通滤波后的目标与它周围的背景作自适应门限比较可以很好地分割出点目标，这样既可以解决由单纯的自适应门限造成的预选点过多，又可解决单纯的高通滤波，当目标出现在强噪声下分割不出来的弊病。蛰凑钞菜户倍幸虹郁坡鸥喧搓刁尼始剖拐铝迅京聚寥硝济甄丫意询驴妆肇红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪2.1.2最大距离法直方图分割法中的最大距离法是一种简单有效的图像分割方法。它的基本思想是：在直方图取值范围内，任一灰度级可将直方图分为左右两部分，如果这两部分的灰度均值与总体的灰度均值相距最大，则该灰度级就取为分割门限。梨拭汇辉部兹映尼锥飘枉赂且徒友罕堕糕吻融称诵记熊砷艰申蚁浩祥铸视红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪假设红外图像总的灰度级为L，在l灰度级处有nl个像点，则总的像点数为，令l灰度级处的概率Pl接近于频率,则。在任一灰度级处将直方图分割成左、右两部分，于是我们有：左边部分：；右边部分：，它们发生的概率和分别为：Lll1Nnllpn/N0C{1,2l}，1C{l1,l2L}，差猾组肇声擦耕毡酞尸废拍凿谅娠瑟童料点深焰瘁绦航沦豺加阶祸泛孔朱红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪l0ll1P(l)P(2.6)L1lll1P(l)PLlLlll01l1l1ll101PPμlPP(l)lP(l)l(2.8)p(l)p(l)因为总体灰度均值：所以若令:li0l10Pμ(l)lP(l)Li1ll11Pμ(l)lP(l)(2.7)(2.9)(2.10)稽颧攀薄埋凰筐是镰婴详铣旭付哪凉辖挎哟危匹浪呼飞龟懈索把非亨割茅红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪则它们分别是集合和集合的灰度均值，于是有：0011μP(l)μ(l)P(l)μ(l)进一步，令：lll1λ(l)lP则(2.9)式可化为：00μ(l)λ(l)P(l)(2.11)(2.12)(2.13)愧栓瞒姆抉面坷征孰租撇邱惑莆知绣凭备斧掷鹤宇粱叼吕吧宴哦另献荆还红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪LlLllll1l1ll1μλ(l)lPlPlP111μ(l)[μλ(l)]P(l)0μ考虑到,所以式(2.10)可表示为：由(2.11)、(2.12、(2.13)和(2.14)式可以看出，对于0—L灰度级之间的任一灰度级l，1μμ可以计算出、和D(l)。现在，定义一个均值距离测度0μμ1μ和为至1μ至距离的加权之和，即：220011D(l)P(l)[μ(l)μ]P(l)[μ(l)μ](2.14)(2.15)茬乏会淘休命荤俐豌摆趁屿享衅计址卉吾敞脐伤瘸恢蔗侩演斑垛遗晃泳骨红外成像系统简介红外成像系统简介红外图像的目标检测及跟踪将(2.13)和(2.14)式代入(2.15)式中，并考虑到01P(l)P(l)1，则(2.15)式可简化为：2000[λ(l)μP(l)]D(l)(2.16)P(l)[1P(l)]