红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势_刘忠领
《2024年复杂背景条件下的红外小目标检测与跟踪算法研究》范文
《复杂背景条件下的红外小目标检测与跟踪算法研究》篇一摘要：在红外图像中，小目标的检测与跟踪一直是计算机视觉领域中重要的研究课题。
特别是在复杂背景条件下，红外小目标的检测与跟踪的准确性受到了严重的挑战。
本文旨在研究并探讨在复杂背景条件下红外小目标的检测与跟踪算法，以提高其在现实应用中的准确性和效率。
一、引言红外图像处理技术近年来在军事、安防、自动驾驶等领域中有着广泛的应用。
在复杂的背景条件下，如夜间的城市环境，热噪声和干扰物的存在使得红外小目标的检测和跟踪变得更加困难。
因此，对于该领域的深入研究对于提升系统的整体性能具有重要意义。
二、红外小目标检测算法研究1. 预处理阶段预处理阶段是红外小目标检测的重要环节。
首先，通过滤波技术消除图像中的噪声和干扰物，以增强目标与背景的对比度。
其次，利用图像增强技术，如直方图均衡化等，提高图像的清晰度。
2. 目标检测算法针对红外小目标的特性，本文采用基于区域的方法和基于边缘的方法相结合的检测算法。
首先，通过区域生长法确定可能的目标区域，然后利用Canny算子等边缘检测算法提取目标的边缘信息。
最后，通过形态学操作和阈值分割等方法，将目标从背景中分离出来。
三、红外小目标跟踪算法研究1. 特征提取在跟踪过程中，特征提取是关键的一步。
本文采用基于灰度信息和纹理信息的特征提取方法。
首先，通过灰度直方图等手段提取目标的灰度特征；其次，利用GLCM等纹理分析方法提取目标的纹理特征。
这些特征将用于后续的目标匹配和跟踪。
2. 跟踪算法本文采用基于Mean Shift的跟踪算法。
该算法通过计算目标与周围像素的相似度来定位目标的位置。
在每一帧图像中，通过匹配目标在上一帧的位置和当前帧的特征信息，实现目标的跟踪。
此外，为了解决因遮挡和光照变化等导致的跟踪不准确的问题，本文还引入了基于KCF的跟踪算法进行辅助跟踪。
四、实验与分析本文在多种复杂背景条件下进行了实验，包括低信噪比、多干扰物、动态背景等环境。
红外探测仪行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告
红外探测仪行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告Analysis of the Current Market Status of the Infrared Detector Industry and Future Development Trends in the Next Three to Five Years红外探测仪行业市场现状分析及未来三到五年发展趋势报告Abstract:摘要：The infrared detector industry has witnessed significant growth in recent years due to the increasing demand for advanced thermal imaging and sensing technologies across various sectors. This report aims to analyze the current market status of the infrared detector industry and provide insights into its future development trends in the next three to five years.红外探测仪行业近年来得到了显著的增长，这是由于各个领域对先进的热成像和传感技术的需求不断增加。
本报告旨在分析红外探测仪行业目前的市场现状，并提供未来三到五年发展趋势的见解。
1. Introduction1. 引言The infrared detector industry plays a crucial role in various applications such as military and defense, industrial automation, healthcare, and surveillance. Infrared detectors are used for detecting and measuring thermal radiation emitted by objects, enabling the creation of thermal images and facilitating temperature measurements. The market for infrared detectors is driven by factors such as technological advancements, increasing investments in R&D, and the growing need for enhanced security and surveillance systems.红外探测仪行业在军事和国防、工业自动化、医疗保健和监控等各个领域发挥着至关重要的作用。
红外相机在空间目标跟踪中的应用研究
红外相机在空间目标跟踪中的应用研究红外相机是一种应用非常广泛的热成像仪器，它能够将处于不同温度的物体产生的热辐射转化为可见图像，因此在夜间或低光条件下能够更容易地探测、跟踪物体。
在空间目标跟踪中，红外相机的应用具有重要的意义。
本篇文章将探讨这个话题，并介绍红外相机在空间目标跟踪中的应用研究。
一、引言随着卫星和空间探测器的不断更新升级，如何追踪它们的位置和方向，以便进行调整和监测，是目前亟需解决的问题。
传统的监测方式主要是依靠光学望远镜，但是在夜间或低光条件下，它的效果并不是很好。
于是，人们开始使用红外相机进行空间目标跟踪，其可靠性和精度均有显著提高。
二、红外相机的基本原理红外相机是基于红外辐射原理工作的，目前常用的红外相机包括热电偶红外相机、有机半导体红外相机、探测器阵列红外相机等。
这些相机都能够将物体产生的红外辐射转换为可见图像，因此适用于在夜间或低光条件下进行探测和跟踪。
三、红外相机在空间目标跟踪中的应用由于空间目标经常处于夜间或低光条件下，因此使用传统光学望远镜很难实现对其的跟踪。
而红外相机却能够很好地克服这个问题。
它能够探测到物体产生的红外辐射，将其转化为可见图像，使得目标的位置和方向更加清晰可见。
除此之外，红外相机还具有其他多种应用。
例如，在夜间对地勘测以及隐形目标探测中，红外相机也具有重要的应用价值。
其中，对地勘测主要是利用红外相机探测地表的温度差异，来寻找可能存在的诸如地下宝藏、人员等目标。
而对于隐形目标探测，则是通过红外相机对隐藏在周边环境中的物体进行探测和跟踪，以便达到保护国家安全的目的。
四、红外相机在空间目标跟踪中的优势与传统的跟踪方式相比，红外相机在空间目标跟踪中的优势显而易见。
首先，它能够探测到物体产生的红外辐射，无论是在白天还是在夜间，都能够实现对目标的跟踪。
另外，对于一些低温物体，红外相机的探测效果更加突出。
此外，由于红外相机的成像速度非常快，因此能够实现对快速移动的目标进行实时跟踪。
红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势_刘忠领
的 VAMPIＲ 经过一系列改进， 朝着多波段探测、 模
· 97· 刘忠领， 于振红， 李立仁， 等： 红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势
表2 Table 2 名称 入射孔径 / mm 垂直视场 / （ ° ） 角分辨率 / mrad 工作波段 / μm 俯仰范围 / （ ° ） 输入信号 图2 苏 － 27SK 装备的 OEPS － 29 红外搜索系统 Fig． 2 OEPS － 27 IＲSS of 27SK 输出信号 MTBF / h MTTＲ / min 200 6 0． 45 3 ～ 5， 8 ～ 10． 5 － 20 ～ + 80 航向、 航速、 纵横摇 视频 CCIＲ 标准原视频信号、 点迹 与跟踪的串行信号， 并行数字信号 2 000 30 SPIＲAL 系统红外光学系统参数如下 Parameter of SPIＲAL infrared optical system 参数
Apr． 2014 现代防御技术 Vol． 42 No． 2 MODEＲN DEFENCE TECHNOLOGY 2014 年 4 月 第 42 卷 第 2 期
探测跟踪技术
红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势
如图 2 所示 。 采用了 64 元线列锑化铟器件 ， 其对 低空约为 15 高空目标的迎头探测距离约为 50 km ， km ， 目标图 像 可 以 在 座 舱 内 的 ILS － 31 平 显 或 者 SEI － 31 垂直情况显示器中显示 ； OEPS － 29 将 红 外方位仪 、 激光测距仪 、 头盔瞄准器综合在一起形 成一个完成 的 系 统 ， 其中红外和激光共用一个光 学通道 ， 这样 保 证 了 激 光 测 距 仪 可 以 精 确 的 照 射 目标 ， 同时 又 降 低 了 系 统 的 体 积 和 重 量 。 雷 达 和 IＲST 同时 搜 索 目 标 ； 通 过 IＲST / 激 光 器 通 道 实 现 静默目标指示和交战 ； 机动作战中扩展搜索 、 跟踪 和目标 指 示 ， 包 括 指 示 AAM 导 弹 对 付 选 中 的 目 标 。 OEPS － 29 的 扫 描 范 围 为 ： 方 位 60° ～ － 60° ， 高低 60° ～ － 15° ， 具 备 3 种 搜 索 模 式 ： 60° × 10° ， 20° × 5° ， 3° × 3° ， 跟 踪 速 度 为 25° / s， 系统质量为 175 kg ， 如图 2 所示 。 2． 2 舰载 IＲST 系统
国外红外搜索跟踪系统的研制现状与发展趋势
国外红外搜索跟踪系统的研制现状与发展趋势
舒金龙!， 陈良瑜!， 朱振福"， 胡文智"， 宋
（!# 中国航天科工集团公司 二院 "$% 所， 北京
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波" ， 李军伟"， 车国锋"
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摘
要： 主要描述了国外红外搜索跟踪 （ )*+,） 系统的研制现状， 对法国、 荷兰和美国以及其他
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型号的组成基本相同， 主要由甲板上 （通常在桅杆 上） 和舱内设备组成， 红外扫描头和稳定平台装在甲 板上， 舱内部分主要有信号处理机柜、 显控台等， 如 （以 ’+ 型为例） 。 图 , 所示
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红外搜索跟踪系统 (1)
红外搜索跟踪系统摘要: 首先指出红外搜索跟踪系统的在军事应用的优势和意义，介绍了红外搜索跟踪系统的主要组成部分及工作原理，然后对近年来研制的红外搜索跟踪系统进行了综述，并对系统的发展趋势进行了展望。
关键词: 红外搜索跟踪系统; 组成; 原理; 现状及发展趋势前言：红外搜索与跟踪(IRST)系统是基于红外特征全景监视设备，能够探测和跟踪低高度空中和水面威胁目标，如入侵的反舰导弹，当雷达性能下降时成为一种重要的雷达辅助设备。
IRST系统对近程监视、舰船识别、海岸成像和夜间导航都发挥很好的作用。
红外搜索系统的总体1.1红外搜索跟踪系统组成红外搜索跟踪系统一般由红外扫描头（红外传感器和扫描单元），信号处理装置，稳定平台，测角系统，导航单元，电源单元，随动伺服系统和显控台等组成。
1.1.1红外扫描头红外扫描头安装在稳定平台上，一般都装载坦克，装甲车，舰艇及飞机的外部，以接受目标的红外辐射，在俯仰位伺服单元和方位伺服单元的驱动下，实现在不同俯仰角上的连续回转水平扫描。
1.1.2信号处理装置信号处理装置通常包括实时处理和便扫描边跟踪两部分。
边扫描边跟踪红外扫描头传来的目标数据，完成目标提取，产生跟踪目标，将数据传输到武器系统。
同时对跟踪目标进行识别和相关处理。
1.1.3稳定平台稳定平台的主要作用是敏感并消除，隔离承载体的摇摆，晃动，使承载的红外扫描头稳定在地理水平面。
1.2系统工作原理红外系统中，红外传感器起着关键作用，能将红外光谱区物体的亮度分布转化为可见光的亮度分布，并显示在显示屏上，便于观测和识别。
红外搜索系统的一般工作原理是将来自目标和背景的红外辐射通过红外光学成像系统聚集于红外探测器，探测器将目标和背景的红外辐射转化成电信号。
该信号输入预处理电路，经过放大后被提供到信号处理装置，经过相关技术处理，筛选确定出目标，并对真实的目标进行威胁判断，计算目标位置，然后将目标的相关数据传输给武器系统，对目标进行拦截。
对我国红外线传感器应用现状及发展趋势的认识
对我国红外线传感器应用现状及发展趋势的认识咱们来聊聊我国红外线传感器的那些事儿。
红外线传感器这东西啊，在咱国内现在可是到处都能见到它的身影。
就好比一个无处不在的小助手，默默地在各个角落发挥着作用。
在安防领域，红外线传感器就像是一个忠诚的卫士。
好多小区、办公楼的安防系统里都有它。
夜里，当有人偷偷摸摸地靠近，红外线传感器就能敏锐地察觉到人体发出的红外线，然后立刻发出警报。
这就像家里养了只特别机灵的小狗，一有陌生人靠近就汪汪叫，提醒主人有情况了。
学校的图书馆、博物馆这些地方也靠它来保障安全，那些珍贵的文物、书籍就像是宝藏，红外线传感器就守护着这些宝藏不被不怀好意的人接近。
工业生产上呢，红外线传感器也不含糊。
它像是一个精准的监工。
在一些自动化生产线上，它能检测产品的温度，要是温度不正常了，就像工人师傅发现零件加工的时候出了岔子一样，能及时提醒，让生产过程顺利进行。
比如说在钢铁厂，要把铁水浇铸成型，这个过程中温度的控制可太重要了，红外线传感器就在旁边时刻盯着，一旦温度有偏差，就能赶紧调整，不然这铁水可就成了麻烦事儿了，就像炒菜的时候火候没掌握好，菜就可能做砸了。
医疗方面，红外线传感器也有着独特的贡献。
它就像一个细心的健康检查员。
大家知道测体温吧，现在很多非接触式的体温计就是利用了红外线传感器的原理。
医生不用直接接触病人就能快速准确地知道体温情况，这多方便啊。
就好像有个小天使在旁边悄悄地告诉你身体的温度，在疫情期间，这可帮了大忙了，大量的人员流动场所都靠它快速检测体温，把可能的风险给筛出来。
再看看智能家居领域，红外线传感器就像一个贴心的管家。
当你晚上走进房间，它能感应到你的到来，自动打开灯，这就像是有个仆人提前知道你要回来，提前把灯给你点亮了。
还有一些智能空调，能根据房间里人的体温分布，通过红外线传感器检测到，然后调整制冷或者制热的方向，就像是一个会照顾人的老妈子，知道哪里冷了就把被子往哪里盖。
那咱国家红外线传感器的发展趋势呢？肯定是越来越厉害啦。
红外目标跟踪技术研究
红外目标跟踪技术研究近些年来，红外目标跟踪技术逐渐成为热门的研究方向。
这项技术可以将特定目标从背景中分离出来，对其进行跟踪和观测。
在军事、安防、航空等诸多领域都有着广泛的应用。
本文就着手研究红外目标跟踪技术的原理、应用以及新型技术发展趋势等方面进行探讨。
一、红外目标跟踪技术的原理红外目标跟踪技术是指采用红外传感器进行目标识别、跟踪和观测的技术手段。
红外传感器利用目标发射出来的红外辐射，进行无线通信和数据传输，将图像数据传输到目标跟踪系统中。
在软件分析后，系统可以将目标从背景中自动分离出来，并进行持续跟踪和观测。
二、红外目标跟踪技术的应用1.军事领域在军事领域，红外目标跟踪技术被广泛应用于导弹、飞机、舰船等各种目标的跟踪和识别。
在战场上，掌握敌方目标的位置和动态变化情况，对战争胜利有着至关重要的作用。
2.安防领域在安防领域，红外目标跟踪技术主要用于视频监控。
安装有红外摄像头的监控系统可以及时掌握监控区域内的动态变化情况，为保卫安全提供更加有效的手段。
3.航空领域在航空领域，红外目标跟踪技术可以用于无人机、卫星等飞行器的自动导航和控制，以及地球表面区域的卫星遥感等领域。
有效应用红外目标跟踪技术，可以更好地控制飞行器的运行轨迹，同时可以增强地球表面环境监测的能力。
三、新型红外目标跟踪技术的发展趋势1.深度学习技术的应用目前，深度学习技术被广泛应用于计算机视觉领域。
在红外目标跟踪技术中，深度学习技术可以用于构建更加精准和健壮的目标跟踪系统。
通过不断优化模型的训练和更新，系统的性能和鲁棒性可以得到不断提升。
2.多模态数据融合技术的发展多模态数据融合技术是指将多种数据通过不同方法进行融合，从而得到更加完整、准确的信息。
在红外目标跟踪技术中，可以将红外传感器与其他数据来源进行结合，充分利用不同传感器、各种传感器的优点，提高对目标的跟踪精度和可靠性。
例如，融合雷达数据和红外数据，可以得到更为准确的目标跟踪结果。
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摘要： 首先指出了红外搜索跟踪系统的优势和在军事应用中的重要性 ， 介绍了红外搜索跟踪系 统的主要组成部分， 然后对国内外近 20 年来研制的舰载、 机载、 车载红外搜索系统的关键部件及技术— 红外成像 述， 技术、 图像处理技术的国内外研究情况进行了分析和比较 ， 并对系统的发展趋势进行了展望 。 关键词： 红外搜索跟踪系统； 舰载； 机载； 车载； 关键技术； 发展趋势
［9］ 俄罗斯苏 － 27SK 装 备 的 OEPS － 29 系 统 ，
稳定与瞄准系统 （ PSS ） 、 信号处理 成像系统（ TIS ） 、 系统（ SPU） ， 如图 1 所示。
图1 Fig． 1
红外搜索跟踪系统组成 Composition of IＲST
（ 1 ） 红外热成像系统 主要包括红外成像光学系统、 探测器和电子信 号处理组件。红外成像光学系统是红外探测的光学 窗口； 探测器一般选择线列或焦平面阵列器件 ， 要求 其量子效率及工作波段的大气透射率比较高 ； 电子 信号处理组件主要完成探测器电信号的前放和处 理。 （ 2 ） 稳定与瞄准系统 包括瞄准与稳定机构和电子组件 。主要完成对 光学装置瞄准线的稳定， 并实现对光学视轴、 搜索视 场等的控制。 （ 3 ） 信号处理系统 接口电路及微处理计算机 （ 图 主要由滤波器、 像处理器） 组成。主要完成目标捕获与跟踪等数据 处理功能。
的 VAMPIＲ 经过一系列改进， 朝着多波段探测、 模
· 97· 刘忠领， 于振红， 李立仁， 等： 红外搜索跟踪系统的研究现状与发展趋势
表2 Table 2 名称 入射孔径 / mm 垂直视场 / （ ° ） 角分辨率 / mrad 工作波段 / μm 俯仰范围 / （ ° ） 输入信号 图2 苏 － 27SK 装备的 OEPS － 29 红外搜索系统 Fig． 2 OEPS － 27 IＲSS of 27SK 输出信号 MTBF / h MTTＲ / min 200 6 0． 45 3 ～ 5， 8 ～ 10． 5 － 20 ～ + 80 航向、 航速、 纵横摇 视频 CCIＲ 标准原视频信号、 点迹 与跟踪的串行信号， 并行数字信号 2 000 30 SPIＲAL 系统红外光学系统参数如下 Parameter of SPIＲAL infrared optical system 参数
2 LIU Zhongling1， ， YU Zhenhong2 ， LI Liren3 ， ZHU Zhenfu2
（ 1． Beijing Institute of Technology， School of Optoelectronics，Beijing 100081 ，China； 2． Science and Technology on Optical Ｒadiation Laboratory，Beijing 100854 ，China； 3． The Border Control Deportment of Liaoning Province， Liaoning Shenyang 110034 ， China）
等。 2． 1 机载 IＲST 系统 作为侦察应用的机载 IＲST 系统
［5 － 7 ］
， 最常见的
有欧洲机载 IＲST 系统， 早在 20 世纪 90 年代由 EUＲOFIＲST 联合组织领导开发出 PIＲATE （ 被动红外 机载跟踪装备） IＲST， 装备在 4 个国家的“欧洲战斗 飞机上 机 2000 ”
Abstract： The advantage and the importance in military application of the infrared search and track system are introduced firstly． The main parts of the infrared search and track system are described concisely，then the infrared search and track system in the shipborne，airborne，and vehicular at home and abroad in recent two decades is summarized and the capability and peculiarity of some systems are discussed and compared． Finally，the key parts and techniques of the system，forward looking infrared system，infrared thermal imaging technology and image processing technology，whose research situation at home and abroad are analyzed and compared，the trend of development of the system and the key techniques are also presented． Key words： infrared search rrack system； shipborne； airborne； vehicular； key technology； development trend 像探测设备， 具有隐蔽性好， 不怕电子干扰， 精度高， 低空探测性能好等多种优点， 主要用于搜索跟踪空 中、 地面、 海面目标， 为近程防御武器系统提供目标 具有以下显著特点： ① 角分辨率比雷达高， 体 信息，
［8 ］
1
红外搜索跟踪系统组成
红外搜索跟踪系统一般由 3 部分组成： 红外热
， 3～ 采用高性能无热光学部件、
11 μm 液体致冷探测器， 功耗小于 550 W， 可在 74 km 范围内探测到高速喷气式飞机。 美国 的 F － 14D 战 斗 机 上 装 备 了 AAS － 42 IＲST。AAS － 42 工作在长波红外波段， 晴朗时能在 185 km 距离上探测机身摩擦产生的红外信号； 系统 而不必处在能看到加力 可以从各种方向探测目标， 燃烧室尾烟的位置。 AAS － 42 的窄束和固有抗干 扰能力证明其在入侵评估方面十分宝贵 ， 甚至可对 付正在机动入侵和实施干扰的密集目标 。 OTIS 系统， 瑞典的萨伯动力公司研制的 IＲ安 “萨伯” JA － 37 飞机上， 装在 采用大视场和窄视场 2 种工作方式。 工作在 8 ～ 12 μm 波段， 系统能够提 供昼夜被动态势感知， 并向飞机的火控系统传送目 标数据。萨伯公司称系统还可用于对地攻击和侦 察。
块化结构设计、 轻型化方向发展， 适于安装在舰船桅 从而增大搜索、 跟踪距离， 减少障碍 杆等较高位置， 物的影响， 现已形成了多个型号。 法国 SAGEM 研 2 个波 制的 SPIＲAL 红外全景监视系统采用双波段， 可探测各种目标： 如掠海导弹、 固 段共用一个窗口， 涡轮喷气发动机推进武器等； 可以在 － 体燃烧火箭、 20° ～ 80° 范围内进行俯仰扫描； 可工作在多种地区， 既适用于很冷的北大西洋地区， 也适用于又热又潮 湿的热带地区， 总体性能优于 VAMPIＲ 和 VAMPIＲ ML11 ， 性能见表 1 。该系统主要用于探测掠海导弹 并可完成高空搜索， 探测水面目标和导 和低空飞机， SPIＲAL 系统红外光学系统参数如表 2 所示。 航，
［10 － 12 ］ ， 舰载 IＲST 系统 其研究比较多。 由早期
2
国内外红外搜索跟踪系统现状及发 展
红外搜 索 跟 踪 系 统 从 装 备 应 用 上 分 ， 可以分
为机载系 统 、 舰 载 系 统 和 地 基 系 统 等。 目 前 较 典 型的几种红外搜索跟踪系统有美国的 AAS － 42 系 OTIS 系 统 、 统、 瑞典 的 IＲ俄 罗 斯 的 OEPS － 29 系 MB ， SPI统、 以 色 列 的 SPIＲTAS 、 法 国 的 VAMPIＲＲAL， VAMPIＲML 11 ， 以 及 意 大 利 的 SIＲ － 3 系 统
2014 年第 42 卷第 2 期 · 96· 现代防御技术
积、 重量比雷达小； ② 提供符合人类视觉习惯的目 可完成识别目标及选择攻击目标 ； ③ 标及背景图像， 可昼夜工作， 提高了飞机夜战时对目标的探测能力 ； ④ 可在多视场角和各种背景条件下自动搜索跟踪 多个目标。
表1 VAMPIＲ ML11 和 VAMPIＲ 的性能比较 VAMPIＲ 名称 工作波段 / μm 探测器 / μm 摇摆环境 / （ ° ） 方位范围 / （ ° ） 俯仰角 / （ ° ） 致冷器 致冷温度 / K 目指精度 / mrad 探测头质量 / kg 焦耳汤姆逊致冷器 3 80 来袭掠海导弹 探测距离 / km 飞机 水面舰艇 帆船 80 ＜1 300 10 12 10 7 VAMPIＲ ML11 3 ～5 或 3 ～ 5 /8 ～ 12 横摇： ± 30 纵摇： ± 10 360 （ 2 rad / s） － 10 ～ 60 VAMPIＲ 8 ～ 12 3 ～ 5， 瞬时视场 / （ ° ） 探测距离 / km Table 1 Capability corporation of VAMPIＲ ML11 and
［1 － 4 ］
0
引言
红外 搜 索 跟 踪 系 统 （ infrared search and track ， 是一种采用被动方式工作的成
IＲST ） system，
*
收稿日期： 2013 －01 －22 ； 修回日期： 2013 －05 －20 作者简介： 刘忠领（ 1976－ ） ， 男， 山东菏泽人。研究员， 博士生， 主要研究方向为光电系统设计 、 智能视频处理。 mail： gdmlzl@ sina． com 通信地址： 100854 北京市 142 信箱 207 分箱 E-