红外偏振在目标探测识别中的研究进展_夏寅辉_骆守俊_白廷柱_宋佩珊_乔育花

红外偏振成像探测技术综述

第 28 卷第 2 期 2006 年 2 月
红外技术 Infrared Technology
Vol.28 No.2 Feb. 2006
〈综述与评论〉
红外偏振成像探测技术综述
聂劲松[1]，汪震[2]
（1.电子工程学院 503 室，安徽合肥 230037；2.中科院安徽光机所，安徽合肥 230031）
摘要：论文对红外偏振成像技术进行了全面系统的综述，在论述红外偏振特性物理本质的基础上，指出了红外偏振成像技术比较传统的红外成像技术具有的优势；给出了国内外该技术的研究概况；分析了国外研究红外偏振成像技术得到的主要结论；最后，指出红外偏振成像技术不仅是红外侦察技术的一次革命性进步，而且对传统的红外伪装技术提出了严峻的挑战，需要引起我们高度的重视。关键词：偏振；红外；成像；探测技术中图分类号：TN219 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2006)02-0063-05
Summarize of Infrared Polarization Imaging Detection Technology
NIE Jing-song[1]，WANG Zhen[2]
（1.503 office, Institute of Electronic Engineering, Anhui Hefei, 230037, China; 2.Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, the Chinese Academy of Sciences, Anhui Hefei, 230031, China）
Abstract：The technology of infrared polarization imaging detect was discussed. The advantages of infrared polarization imaging detect to traditional infrared imaging detect were given, and the main conclusion of overseas on infrared polarization imaging detect was analyzed. In the end, the significance of infrared polarization imaging detection technology and the challenge of this technology to traditional detect technology were pointed out. Key words：polarization；infrared；imaging；detection technology 式显示隐蔽的军事目标。红外偏振成像技术作为比较传统的红外成像技术具有以下几点优势： 1）偏振测量无需准确的辐射量校准就可以达到相当高的精度，这是由于偏振度是辐射值之比。而在传统的红外辐射量测量中红外测量系统的定标对于红外系统的测量准确度至关重要。红外器件的老化，光电转换设备的老化，电子线路的噪声，甚至环境温度、湿度的变化都会影响到红外系统。如果红外系统的状态已经改变，但是系统又没有及时定标，那么所测得的红外辐射亮度和温度必然不能反映被测物的真实辐射温度和亮度。 2）根据调研国外公开发表的文献的数据说明，目标和背景差别较大，其中自然环境中地物背景的红外
收稿日期：2005-07-05；修改日期：2005-11-08 作者简介：聂劲松（1970－），男，博士，现在解放军电子工程学院从事军用光学工程专业教学和科研工作，主要研究方向是激光技术和光电子技术。
引言
由菲涅耳反射定律可知当非偏振光束从光滑介质表面反射时，会产生部分偏振光。另外根据基尔霍夫理论，热辐射也表现出偏振效应。所以地球表面和大气中的任何目标，在反射和发射电磁辐射的过程中都会产生由他们自身性质和光学基本定律决定的偏振特性。不同物体或同一物体的不同状态（例如粗糙度、含水量、构成材料的理化特征等）会产生不同的偏振状态，且与波长有密切关系，形成偏振光谱。由于偏振信息是不同于辐射的另一种表征事物的信息，相同辐射的被测物体可能有不同的偏振度，使用偏振手段可以在复杂的辐射背景下检出有用的信号，以成像方
偏振度非常小（＜1.5%），只有水体体现出较强的偏振特性，其偏振度一般在 8%～10%。而金属材料目标的红外偏振度相对较大，达到了 2%～7%，因此以金 63

红外小目标的检测与跟踪

基于图像处理技术的红外小目标的检测与跟踪王琛廖庆王亚慧（电子科技大学，光电信息学院学院）摘要：验证了一种基于红外小目标视频图像序列的跟踪算法，主要研究了基于形心计算的跟踪方法和基于kalman滤波器多帧数据关联方法的跟踪法。分别仿真验证，并从实现结果出发得出了两种算法的适用范围和各自存在的不足。关键字：远红外小目标检测与跟踪 Detection and Tracking of Far - infrared Small Target Wang Chen Liao Qing Wang Yahui (University of Electronic Science and Technology of China) Abstract: Verify that a tracking Algorithm for Infrared small target based on video image sequence, the main study on tracking method based on centroid computation and multi - frame data association based on Kalman Filter Method for tracing method.Simulation, respectively, and proceeding from the implementation of the results reached the scope of the two algorithms and their insufficient. Key words: Far-infrared;Small targets; Detection and Tracking 0 引言随着近十几年信息技术的飞速发展，计算机硬件的处理能力不断提高，存储成本大幅下跌，一些研究人员开始重点研究计算机视觉中有关运动的问题。与处理单幅图像相比，图像序列引入了新的时间维以及时间相关性约束，这一额外的约束激发了人们对视频理解的研究.视频序列目标跟踪是指对传感器摄取到的图像序列进行处理与分析，一旦目标被确定，就可获得目标的特征参数选择。。由于视频跟踪具有广泛的应用范围，因而引起了世界范围内广大研究者的兴趣。在1996年至1999年间，美国国防高级研究项目署（DARPA）资助卡内基梅隆大学、戴维SARNOFF研究中心等著名大学和公司合作，联合研制视频监视与监控系统VSAM，主要研究目的是开发用于战场及普通民用场景的自动视频理解技术。DARPA在2000年又资助了重大项目HID计划，其任务是开发多模式的监控技术以实现远距离情况下人的检测、分类

中波红外光谱偏振成像技术及系统研究

中波红外光谱偏振成像技术及系统研究光谱偏振成像技术是一种将光谱测量技术和偏振成像技术融为一体的新型光学探测技术,它不仅可以获得被测目标物体的光谱信息,还可以获得被测目标物体的图像信息和偏振信息,为目标物体的全方位准确识别提供了有力地保障。目前光谱偏振成像技术广泛应用于生物医学诊断、目标探测与识别、空间遥感、环境监测等领域。为了能够准确理解光谱偏振成像技术的工作原理以及研究新型的光谱偏振成像系统,本文依托于中波红外微型光谱测量系统、中波红外分孔径同时偏振成像系统对光谱偏振成像技术的光谱测量技术和偏振成像技术进行了研究。在此基础上,构建了中波红外光谱偏振成像系统。中波红外光谱偏振成像系统是在传统的迈克尔逊系统的基础上,通过引入偏振调制模块和多级阶梯微反射镜,实现了偏振信息的测量和干涉系统的静态化。与传统的傅里叶变换型成像光谱系统相比,此系统除了具有光通量大、多通道的优点外,还具有信息量大的优点。本论文的主要工作有以下三个部分:一、光谱测量技术研究:提出一种轻型的基于微光学元件的傅里叶变换光谱测量系统,并对系统进行了设计。改进了传统折衍混合单透镜光焦度的分配,得到了可应用于光谱测量系统的单片式准直系统。基于波像差理论和Sellmeier色散公式,分析了前置准直系统残存的像差以及折衍混合单透镜的衍射面的衍射效率对光谱复原的影响。分析了微光学元件的衍射对光谱复原的影响。与此同时,分析了微透镜阵列的像面和中继系统的物面的轴向装配误差对光谱复原的影响。最后借助光学分析软件ASAP对空间调制型的傅里叶变换红外光

谱测量系统进行了建模。二、偏振成像技术研究:结合孔径分割技术和偏振探测技术,提出并设计了一种静态的中波红外分孔径同时偏振成像系统。采用等权重方差的优化方法对系统各通道线偏振片的偏振轴方向以及波片的快轴方向进行了优化,并通过仿真论证了优化方法的正确性。基于分时偏振成像系统的傅里叶分析法和偏振测量结构的特点,提出一种误差标定和校准的新方法,并对标定理论进行了推导。对中波红外分孔径全偏振成像系统进行了装调、原理样机的集成和校准,并利用校准后的系统进行了偏振成像实验,观察到了明显的偏振现象。最后对获得的偏振图像进行了图像融合,融合后的图像相较于普通光强图像,图像的细节更加清晰,图像的信息量更大,为目标景物的准确识别提供了有力的保障。三、光谱偏振成像技术研究:提出了一种基于微型静态干涉系统的中波红外傅里变换型线偏振干涉成像系,完成了系统的参数计算。根据近轴光学理论,采用物镜像方远心和中继系统物方远心的设计方案,使物镜和中继系统很好的匹配,降低了能量损失。当入射光为非偏振光和线偏振光两种极端情况下,对系统的透过率进行了分析,进而对系统获取信息的能力进行评估。采用邦加球螺旋线的采样方式,分析了旋转偏振的旋转误差,入射光的偏振度、偏振态对偏振信息准确测量的影响,并给出了旋转公差容限,为实际的装配提供指导。

红外小目标检测报告

红外小目标检测方法概述 1110540103 李方舟 1.什么是红外小目标？关于小目标”的定义，目前没有统一的定论。一般认为，当红外成像的距离较远时，在成像平面上只占几个或几十个像素的面积，表现为点状或斑点状，对比度和信噪比较低的目标，即可称之为小目标。 2.为什么要进行红外小目标检测？红外成像具有距离远，隐蔽性高，抗干扰能力强，穿透烟尘，雾以及阴霾的能力强，可全天候，全时间工作等优点。因此被广泛应用于监视侦察以及导航等军事领域，成为现代精确制导武器的主要技术之一。在尽可能远的距离上检测并跟踪到敌方目标，以争取在有利的时机发动攻击。是决定现代战争胜负的重要因素。距离越远，目标成像面积越小，图象质量越差，对目标的检测和跟踪越困难。因此，研究小目标的检测和跟踪方法，对提高红外成像系统的作用距离，有着非常重要的意义。目标检测作为寻的制导系统中的前端处理环节，是精确制导中最为关键和核心的组成部分。只有及时检测到目标，才能保证如目标的如目标跟踪等后续工作的正常进行。基于此原因，在红外凝视成像的图像序列中进行目标检测具有相当的难度，几乎所有的小目标检测法都致力于增强图像的信噪比，积累目标能量，以提高目标检测能力。 3.红外小目标检测方法分析对于红外目标的检测问题，目标的一些先验信息，如目标的形状、大小，目标灰度变化在时间上的连续性，以及目标运动轨迹的连续性等是有效分割目标和噪声的关键。目标检测方法根据这些特性的使用顺序不同，可分为两大类：先检测后跟踪( D e t e c t B e f o r e T r a c k ，D B T )方法和先跟踪后检测( T r a c k B e f o r e D e t e c t ，T B D )方法。 3.1 DBT检测方法基于先检测后跟踪的目标检测技术属于一类经典的红外目标检测。该类方法分为两步:首先根据目标形状，强度等特性，在单帧图像中检测出候选目标，然后根据实际需要，在分割后的二值化图形序列中，通过序列图像投影到目标轨迹。DBT检测方法主要分以下几种：1）阈值检测方法所谓阈值检测方法，是基于目标在图像中主要为高频分量，而背景对应低频部分这一事实，对淹没在近似正态分布杂波中的已知其响应分布的小目标，寻求其最佳信噪比。 2）小波分析方法

远红外小目标的检测与跟踪

远红外小目标的检测与跟踪摘要：验证了一种基于红外小目标视频图像序列的跟踪算法，主要研究了基于形心计算的跟踪方法和基于最小绝对差准则的匹配跟踪方法。分别仿真验证，并从实现结果出发得出了两种算法的适用围和各自存在的不足。关键字：远红外小目标检测与跟踪 0 引言随着近十几年信息技术的飞速发展，计算机硬件的处理能力不断提高，存储成本大幅下跌，一些研究人员开始重点研究计算机视觉中有关运动的问题。与处理单幅图像相比，图像序列引入了新的时间维以及时间相关性约束，这一额外的约束激发了人们对视频理解的研究.视频序列目标跟踪是指对传感器摄取到的图像序列进行处理与分析，一旦目标被确定，就可获得目标的特征参数。由于视频跟踪具有广泛的应用围，因而引起了世界围广大研究者的兴趣。在1996年至1999年间，美国国防高级研究项目署（DARPA）资助卡基梅隆大学、戴维SARNOFF研究中心等著名大学和公司合作，联合研制视频监视与监控系统VSAM，主要研究目的是开发用于战场及普通民用场景的自动视频理解技术。DARPA在2000年又资助了重大项目HID计划，其任务是开发多模式的监控技术以实现远距离情况下人的检测、分类和识别，以增强国防、民用等场合免受恐怖袭击的保护能力。在2008年，DARPA资助了一项研究实时流视频监视的技术。国许多研究所和大学也投入了大量的精力致力于图像跟踪的研究。如清华大