第五章光电信息处理技术成像目标探测与跟踪技术.pptx
《光学信息处理技术》课件
光学信息处理技术在理论和实践 中得到了广泛研究和应用。
光学信息处理技术的发展 趋势
光学信息处理技术将更加智能化、 高效化和便捷化，推动科技进步 和应用创新。
结语
通过本课程，我们总结了光学信息处理技术的基本原理和应用，并展望了未 来光学信息处理技术的发展可能性。
快速傅里叶变换是一种高效计算傅里叶变换的算法，可用于图像频谱分析和滤波。
数字图像处理技术
1 像素图像处理方法
像素图像处理方法以像素为基本处理单元，包括增强、滤波和分割等处理操作。
2 处理方法
数字图像处理方法包括变换、编码和压缩等技术，可用于图像编辑和图像信号分析。
3 区域处理方法
区域处理方法将图像分成不同区域，进行分割、特征提取和对象识别等操作。
光学信息处理技术广泛应用于图像处理、光学光学信息处理技术具有高速、高精度和免疫干扰等优点，但对环境光和噪声敏感。
基本光学信息处理技术
光学显微镜
光学显微镜是一种基于光学原理 的图像放大装置，可观察细小物 体及其结构。
光学干涉仪
光学衍射仪
光学干涉仪是一种利用干涉现象 测量物体形状和表面特性的仪器。
《光学信息处理技术》 PPT课件
本课程介绍了光学信息处理技术的基本原理和应用。通过本课程，你将了解 到光学信息处理技术的概述、基本方法、图像计算方法、数字图像处理技术、 光学识别技术以及其发展前景。
光学信息处理技术概述
定义
光学信息处理技术涉及使用光学原理和技术处理和传输信息的一系列方法和技术。
应用领域
光学衍射仪利用光的衍射现象处 理和分析光的信息，包括干涉、 衍射和散射。
光学信息处理的图像计算方法
1
赫尔曼-默里变换
光电技术简介-PPT精选文档
高
亮
度
R S 光
SR应 用 测 量 光谱测量 物理性质测量 表面、界面测量
应
用
太 屋 大 太 宇
阳 顶 规 阳 宙
能 发 模 能 发
发电 电 集中发电 汽车 电
功 能 器 件
纤
通
信
系
高清晰度图像系统 壁挂式大型电视 立体显示器 高清晰度摄像机
光电子计算机 超 高 速 运 算 (ps~fs) 2维 并 行 处 理 光互连
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
理学院物理科学与技术系
School of Science, Physical Science and Technology Department
杨应平
功 激 光 太 光 光 液 集 量
能 光 接 阳 开 调 晶 成 子
ห้องสมุดไป่ตู้
器 、 收 能 关 制 器 光 效
件 发 光 器 件 器 件 电 池 器 件 路 应 器 件
新
量 容 大 超
信息高速公路 光纤传输 相干光传输 量子光传输 光交换
功
多媒体 传真、电话、可视电话 广播、有线电势 光盘、CD 激光打印机
“光”和“电”彼此间渗透和结合==〉 光电混合系统
------（简称）光电系统
理学院物理科学与技术系 School of Science, Physical Science and Technology Department 杨应平
1.2 光电系统
研究大功率光辐射的产生、控制、 利用和转换--光电能量系统 以光辐射和电子流为(光电子)信息 载体，通过光电或电光相互变换方 法，进行相关的信息处理--光电信 息系统
光电跟踪与制导技术
第一章、绪论及跟踪系统综述光电制导与跟踪系统是以电视、红外、激光、毫米波等成像设备为手段，利用目标跟踪识别技术获取对方目标运动、状态、形状等信息，然后实施打击的光电技术，是夺取战场信息优势、实施精确打击的重要技术手段。
特点：精确性高效性先进性威慑性非制冷红外探测器热探测器利用红外辐射的热效应引起探测材料的温度变化，进而产生某种可度量的物理量的变化，获得与红外辐射相对应的信号。
一般不需要制冷，可靠性高，且成本较低，但灵敏度不高，响应速度较慢红外搜索跟踪系统是一种被动空中目标搜索跟踪系统，连续旋转的红外扫描头实施搜索，并将空中目标作为点目标成像在探测器阵列上。
电子信号处理系统对红外扫描头获得的信号进行处理，排除飞鸟等形成的虚假目标信号，确定目标的航迹，为防空武器系统提供目标的方位角和俯仰角信息，引导防空武器瞄准和跟踪目标空中目标。
微光夜视系统通过采集目标场景反射的微弱的光线，利用像增强器将其放大数万倍以上，形成明亮的图像，供人观察。
分为微光直视系统（微光夜视仪）和微光电视系统激光武器分类软杀伤激光武器硬杀伤激光武器战略应用的机载激光系统（ABL）射程200km，战术应用的机载激光系统射程20km激光雷达特点：角分辨率、速度分辨率和距离分辨率高，抗干扰能力好，不仅能探测和跟踪目标，获得目标的方位、速度等信息，而且利用激光的相干性，还能获得微波雷达不能得到的其它类型的信息。
航空相机特点：能迅速地获取敌方纵深地区的大范围地面情报。
获取的照片不仅清晰、直观、容易判读，而且其上所包含的信息的容量、质量和可靠性是其他侦察手段无法比拟的类型：分幅相机、缝隙相机和全景相机无人值守地面传感器光电综合侦察系统特点：组件式、功能互补、昼夜全天候工作光电对抗装置激光警戒接收机导弹临近报警装置（红外、紫外、雷达）红外干扰机激光诱饵系统烟幕系统伪装第二章、导弹总体设计2.1导弹武器系统1、有翼导弹是一种以火箭发动机或吸气式发动机为动力，机动飞行所需的法向力依靠升力部件的空气动力提供，装有战斗部的自控飞行器。
机载光电平台的目标跟踪技术(朱明,高文,郝志成)PPT模板
1.4目标跟 踪的起源
1.5目标跟 踪的研究现
状
1.1航空对 地侦察的意
义
1.2航空光 电平台的发
展历史
1.3航空光 电平台的应
用
第1章绪论
1.7航空光电平台目标跟踪的特点与 难点
PART ONE
03 第 2 章 成 像 与 数 字 图 像 处 理
第2章成像与数字图像处理
01 2.1光学系统
第7章目标的搜索策略
7.1金字塔搜索
1
7.3卡尔曼滤波和粒子滤波
7.3.1卡尔曼滤波
3
7.3.2粒子滤波
2
7.2均值漂移搜索
4
7.4滑动窗搜索
PART ONE
09 第 8 章 实 用 跟 踪 方 法
第8章实用跟踪方 法
8.1自适应相关滤波学习的目标跟踪算法 8.2多实例学习（MIL） 8.3压缩跟踪（CT） 8.4时空上下文视觉跟踪（STC）算法 8.5检测学习跟踪（TLD）
PART ONE
11 参 考 文 献
参考文献
PART ONE
12 结
束
语
结束语
感谢聆听
5.2基于局部不变性 特征的目标表示模 型
5.2.1SIFT 5.2.2SURF
5.4基于稀疏表示 的目标表示模型
PART ONE
07 第 6 章 目 标 匹 配 度 量
第6章目标匹配度 量
6.1相关系数 6.2巴氏系数 6.3汉明距离
PART ONE
08 第 7 章 目 标 的 搜 索 策 略
机载光电平台的目标跟踪技 术(朱明,高文,郝志成)
演讲人
202X-11-11
PART ONE
光电检测ppt课件
2 丈量原理
2 丈量原理
直射式三角法：激光器发出的光垂直入射到被测物体外表 ，Scheimpflug 条件可表示为
待测外表与参考面的间隔x为
同理可计算出斜射式时x为
3 运用
1、逆向工程：
逆向工程是一种新的制造手段和系统，经过对已有样件或模型 的内外轮廓进展准确丈量，获得其三维数据，配合计算机软件系统 进展曲面重建，并在线精度分析、评价构造效果，重构CAD模型， 生成IGES或STL数据，或者生成数控加工NC代码，据此进展快速成 型或CNC数控加工，从而大大缩短产品或模具的开发制造周期。利 用光学三维丈量技术生成的虚拟模型可以实现快速呼应设计制造， 3D光学数字化系统与CAD/CAM/CAE以及RP&M集成可以构成基于 虚拟模型的快速呼应的设计和制造系统，主要优点包括：实践物体 的准确和完好的模型；提供原始CAD文件格式；曲面外型和参数实 体模型；在设计和制造中节省投入的时间和资金。
2 丈量原理
2、干涉法：
一束相关光，同过分光系统分成丈量光和参考光 ，利用丈量光波和参考光波的相关叠加来确定两束光 之间的相位差，从而获得物理外表的深度信息ΔZ(xy).
这种丈量方法丈量精度高，但丈量范围遭到光波 波长的限制，只能丈量围观外表的形貌和微小位移， 不适于宏观物体的检测。
2 丈量原理
被动三角法 数字摄影丈量技术
双目视觉
点光源法 点照明 1D线探测器 2D扫描
线光源法 线照明 2D线探测器 1D扫描
面光源法 面照明
2D线探测器 不需求扫描
莫尔轮廓 如：阴影莫尔
投射莫尔
序〔Gray 如：相位丈量轮廓术
〕
傅里叶变换轮廓术
编码序列
彩色编码技术 如：彩色多通道 编码实现相移
光电检测与信息处理技术
光电检测与信息处理技术光电检测与信息处理技术是一种基于光电效应的技术，主要应用于光电传感器和光电器件中。
光电检测技术利用光电器件对光信号的感应和转换，将光信号转化为电信号，再经过信息处理和分析，实现对光信号的检测和测量。
光电检测与信息处理技术在各个领域都有着广泛的应用，包括光通信、光学成像、光电显示、光电测量等。
光电检测技术的关键在于光电器件的选用和设计。
光电器件是将光信号转化为电信号的关键组成部分，常用的光电器件包括光电二极管、光敏电阻、光电导、光电三极管等。
不同的光电器件具有不同的特性和应用范围，选择合适的光电器件对于光电检测技术的性能和应用至关重要。
光电检测技术的应用之一是光通信。
光通信是一种利用光信号传输信息的通信方式，具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点。
光电检测技术在光通信中起到了至关重要的作用，能够将光信号转化为电信号，并进行解调和调制，实现信号的传输和接收。
光电检测技术的不断发展和创新，使得光通信的速度和可靠性得到了显著提高，为现代通信技术的发展提供了有力支持。
另一个重要的应用领域是光学成像。
光学成像是利用光信号获取目标物体的图像信息的技术，广泛应用于摄影、电视、医学影像等领域。
光电检测技术在光学成像中起到了关键作用，能够将光信号转化为电信号，并通过信号处理和分析，实现图像的采集和处理。
光电检测技术的不断创新和进步，使得光学成像的分辨率和清晰度大幅提高，为图像获取和处理提供了强大支持。
光电检测技术还应用于光电显示和光电测量等领域。
光电显示技术是利用光电器件将电信号转化为光信号，实现图像和文字的显示和表达。
光电测量技术是利用光电器件对光信号进行测量和分析，实现对光学特性和参数的测量。
光电检测技术在这些领域的应用，不仅提高了显示和测量的准确性和可靠性，同时也扩展了光电技术的应用范围和领域。
光电检测与信息处理技术的发展离不开科学研究和工程实践的支持。
科学研究的目标是在充分理解光电效应的基础上，探索新的光电器件和光电技术，并提出新的理论模型和方法。
光电检测技术概论资料PPT课件
尘土），成本高些。
四. 光电检测技术的应用
工业生产 航空航天 民用生活 军事作战
绪论
在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…. 现代工程装备中，检测环节的成本约占50~70%
在线 测量
在流水线上，边加工，边检 验，可提高产品的一致性和加工 精度。
从亮处突然进入暗处时，最初看不清楚任何物 体，经过一定时间后，视觉敏感度才逐渐增强。
从暗处突然进入亮处时，最初只感到耀眼的光 亮，看不清物体，一段时间后才能恢复视觉。
３.人的视觉有很高的分辨能力
４. 人的视觉具有很高的辨色能力
视网膜三种视锥细胞：
三原色学说：某一波长光线作用于视网膜 时，三种视锥细胞兴奋程度不同，信息传入 中枢，产生某一颜色的视觉
由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用的信息， 再经过A/D变换接口输入微型计算机运算、处理，最后 显示或打印输出所需检测物体的几何量或物理量
光
光变
电
源
学 系 统
测 对 象
学 变 换
电换 传电 感路
信 号 处 理
存储 显示 控制
光学变换
电路处理
光电检测系统与人操作功能比较
被测物体 手控
航空航天
民用生活
安全检查
面部 识别技术
军用作战
激光测距机、激光雷达、激光导引头、激 光陀螺、热成像系统、微光夜视仪、观瞄 系统、卫星观测系统……
单兵作战武器
夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术 激光测距仪：可精确的定位目标。
美国国家导弹防御计划---NMD
1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系 统
军事目标探测与跟踪技术的研究与应用
军事目标探测与跟踪技术的研究与应用第一部分：引言军事目标探测和跟踪一直是战争中的重要环节。
在今天的现代战争中，军事目标探测和跟踪技术的重要性更加凸显。
探测技术可以在广阔的战场上快速发现隐藏在某个角落的敌人，从而使军队更好地掌握战场的局势；而跟踪技术可以让作战部队更加精准地打击敌人，从而达到更高的作战效果。
本文将对当前军事目标探测和跟踪技术的研究和应用进行综述，并对未来的发展方向进行展望。
第二部分：传统的军事目标探测和跟踪技术2.1 传统的探测技术传统的探测技术主要包括雷达、红外、光学和声纳等。
其中，雷达技术是最为常见的探测技术之一，在战场上广泛应用。
雷达技术依靠电磁波通过反弹回来的信号来探测目标，可以实现扫描、跟踪、定位等多种功能。
红外技术则是利用能够感知物体“热辐射”的设备来探测目标，可以对远程目标实现精准探测。
光学技术则是利用光学成像原理来探测目标，对远程目标的探测效果较差。
声纳则是利用水中的声波信号来探测水下目标。
2.2 传统的跟踪技术传统的跟踪技术主要包括焦平面阵列（FPA）和制导系统。
焦平面阵列技术是将摄像机焦点处所有点的信号采集到焦平面上，然后进行处理得到图像，可以实现对目标的追踪和定位。
制导系统则是将导弹制导到目标处进行精确打击，能够实现对目标的精确跟踪和打击。
第三部分：新型军事目标探测和跟踪技术3.1 高光谱成像技术高光谱成像技术是利用分光仪采集对目标的不同波长反射的信息，从而提高目标探测的精度。
该技术能够识别目标的性质、制作地图和探测地下设施等。
3.2 激光雷达技术激光雷达技术是将激光束照射到目标表面，然后接收反射回来的信号来探测目标。
与传统雷达技术相比，激光雷达技术具有更高的探测精度和目标分辨率，并且对目标的材质、形状有较好的识别能力，能够实现对地形、建筑和车辆等的探测和跟踪。
3.3 机器视觉技术机器视觉技术是通过计算机技术和图像处理技术对图像进行处理来获取目标信息。
机器视觉技术具有快速、自动、精确探测和识别目标的能力，能够在战场上发挥重要作用。
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器
光光光光光光光光光 光光光光光光光光光
光光光光光
一、成像探测与跟踪系统概述
研究现状（国际）
1997年，美国国防高级研究项目署设立了以卡内基梅隆大学牵头，麻省理工 学院等高校参与的视觉监控重大项目VSAM，主要研究用于战场及普通民用 场景监控的自动视频理解技术。
1999年，美国康奈尔大学计算机系设计了一套航拍视频检测与持续跟踪系 统，该系统能够对多运动目标实现长时间的准确跟踪，即使发生短时间内 目标被遮挡或目标时静时动的情况 。
一、成像探测与跟踪系统概述
红外监控系统
一、成像探测与跟踪系统概述
什么是视频(成像)目标跟踪？
一、成像探测与跟踪系统概述
什么是视频(成像)目标跟踪？
一、成像探测与跟踪系统概述
成像跟踪系统流程及框图
监视器
摄像头 伺候机构
图像预处理
目标特性分析、
数
特征提取
字
信
号
处
自动跟踪
目标识别
目标检测
理
图像分割
主要内容
成像探测与跟踪系统概述 运动目标检测方法 成像目标跟踪方法 目标跟踪技术应用及发展
二、运动目标检测
1、静止背景下的目标检测
帧差分法：
g x, y ft1 x, y ft x, y
g x, y
ft1 x, y
ft x, y
=
-
静态场景帧差的一个例子
二、运动目标检测
视频序列运动检测
该系统在运动背景估计与补偿中所涉及的主要技术是基于KanadeLucas-Tomasi算法的特征点跟踪和基于M估计的鲁棒性仿射参数估计。然后 利用三帧差减的方法检测目标运动，利用形态学操作分割图像并定位运动目 标。对多目标进行标记之后，利用Hausdorff距离匹配和模板更新的方法对目 标进行长时间的跟踪。
高校：国防科技技术大学、西北工业大学、哈尔滨工业 大学、北京理工大学、北京航空航天大学、华中科技大 学、空军工程大学等。
VSAM
目标是开发自动视频理解技术，并用于实现未来战争人力费用昂贵、非常 危险或者人力无法实现等场合的监控。
该系统融合了数字摄像机、音频采集头、红外和微波报警探测器、温度 探测器等多种类型的传感器，可以对监控地区进行全方位的昼夜监控。使用 了地理信息和三维建模技术，提供可视化图形操作界面，当视频分析处理器 报告了运动对象、对象类别及位置之后，操作员不仅可以在地理信息界面上 进行虚拟对象标记，而且还能在辅助窗口观察对象的真实活动情况。
VSAM
使用架设在高处多方位旋转云台上的单个摄像机，可以全方位地实施视频 监控。系统首先有规律地初始化一系列背景图像，然后利用基于特征区域的方 法将实际摄录的视频图与相应的背景图作匹配，再利用背景减除法检测运动目 标。
VSAM
由于传统的卡尔曼滤波方法只能处理单峰问题，该系统对传统的卡尔曼滤 波思想进行了扩展，并使用了带目标模板更新的相关匹配算法实现了多目标的 跟踪。
自动导系统
尾 翼
导引头
舵机
发动机
一、成像探测与跟踪系统概述
一、成像探测与跟踪系统概述
跟踪系统及跟踪
一、成像探测与跟踪系统概述
EF2000欧洲战斗机装备“海盗”机载红外搜 索跟踪系统
“海盗”系统（无源红外机载跟踪设备）可以为空中拦截 和空地作战提供战术优势。该设备安装在机舱左侧、风挡玻璃 的前方。“海盗”系统在空对空模式下运行的时候，具备搜索 和跟踪系统（IRST）功能，提供无源目标探测和跟踪能力；在 空对地模式下，可以执行多目标获取和识别任务，同时还能提 供辅助导航和着陆功能。
2005年，美国中央佛罗里达大学计算机视觉实验室开发出了基于MATLAB 的COCOA系统，用于无人机低空航拍视频图像的目标检测与跟踪处理。
一、成像探测与跟踪系统概述
研究现状（国内）
研究所：中科院光电技术研究所、长春光机所、上海光 机所，安徽光机所、上海技术物理所、中科院自动化所， 沈阳自动化所 ，中国工程物理研究院等。
COCOA系统的基本技术环节
归纳起来，运动场景中目标检测与跟踪技术主 要包括以下三个关键技术：
✓ 背景补偿与图像预处理：消除背景运动、随机噪 声对目标检测与跟踪的影响。
✓ 图像分割与目标检测：利用图像分割技术从图像 中检测出可能的运动目标。
✓ 特征提取和目标跟踪：对检测出的目标提取可识 别的特征，依据这些特征在后续的视频图像序列中 对目标进行跟踪。
45
76
102
123
152
159
253
298
COCOA
COCOA系统是一种无人机航拍图像目标跟踪系统。该系统针对一段视频 图像序列，通过三大技术环节，即背景运动补偿、运动检测与目标跟踪，来 完成对目标的检测与跟踪。该系统基于MATLAB平台，可以适用于不同的光 传感器（可见光或红外），最小的可跟踪目标约为100象素大小。
主要内容
成像探测与跟踪系统概述 运动目标检测方法 成像目标跟踪方法 目标跟踪技术应用及发展
主要内容
成像跟踪系统概述 运动目标检测方法 成像目标跟踪方法 目标跟踪技术应用及发展
一、成像探测与跟踪系统概述
精确制导、目标跟踪
一、成像探测与跟踪系统概述
自动导系统
X-59导引头
雷达导引头
一、成像探测与跟踪系统概述
该系统对机载光电传感器或红外传感器所摄视频图像进行鲁棒性背景运 动补偿，并可生成全景图，利于更高层次的应用。对图像中多种运动目标 （如汽车、坦克、摩托车等）进行可靠性检测并进行持久地跟踪。
COCOA
视频序列
背景运动补偿
基于特征 + 基于灰度梯度
运动检测
累积帧差法 + 形态学操作
目标跟踪
Level Set方法 + Mean Shift方法
VSAM
针对机载航空摄像机所拍摄的视频图像，萨尔诺夫戴维研究中心研发 了检测和跟踪独立地面车辆目标的视频图像理解技术。该技术的关键在于 对航空摄像机的自运动补偿，对经过补偿的图像，利用三帧差减的方法检 测目标。
美国康奈尔大学计算机系设计的航拍视频图像目标检测与持续跟踪系统 的特色在于，能够对多运动目标实现较长时间的准确跟踪，即使在短时间内 目标被遮挡或移出视场以及目标时静时动。
对于动态场景，由于目标与摄像头之间存在复杂的相对运 动，运动检测富有挑战性。传统的帧差方法已经不再适用， 如何能对全局的运动进行估计和补偿，成为问题的关键。
第一帧
帧差图像
解决思路
要检测动态场景中的运动目标，关键在于对场景的运 动进行估计，通过估计出的运动参数补偿其运动，最 后使用帧差法得到运动目标。