多波段红外图像差异特征形成机理研究

发布时间：2017-08-06 01:01

  本文关键词：多波段红外图像差异特征形成机理研究

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【摘要】：多波段红外成像是监测火灾、排除故障、工业控制、深空探索的重要手段,对不可预知差异特征的多波段红外动态场景图像进行融合是目标识别和决策的需要。图像融合的效果取决于所选用的融合算法对原图像间差异信息的有效融合程度,而原图像间的差异信息及各自特征的固有性是在成像的整个过程中形成的,并由成像过程的各种因素共同决定。通过构建成像特性与图像特征间的映射关系,将融合算法与成像特性紧密地联系起来,使得融合算法的选择随着成像特性的变化而相应变化,从而得到更为准确可靠的结果。因此,本文对多波段红外图像差异特征的形成机理进行探究,主要内容如下:(1)深入探索了不同成像条件下的多波段红外成像差异特性。在夜视条件下,基于红外成像过程比较了不同红外波段的目标表观辐射、大气传输、光学系统透射和探测器响应等成像特性间的差异,重点探究了不同红外波段上的同一场景图像点目标的像素灰度值差异的形成原因;在白天条件下,基于短波红外成像机理深入分析了短波红外点目标反射太阳辐射随时刻的变化规律,并构建了中长波红外点目标反射环境辐射的理论模型,为构建有效的多波段红外成像差异特性集奠定了基础。(2)重点提出了一种三级差异特征选择模型。分别将不同红外波段图像的统计特征和纹理特征组成的原始特征空间,经过一致差异级、显著差异级和去相关差异级这三级差异特征选择,得到综合性的差异特征集,为构建有效的多波段红外成像差异特征集奠定了基础,同时也为数据降维提供一种新方法。(3)构建了多波段红外成像差异特性集与图像差异特征集间的映射关系。基于分离变量法对红外成像过程中的各个成像因素的演化模型进行推导,得到了目标像素灰度值与各个成像因素之间的近似函数关系表达式,并仿真出两者间的变化曲线,从而综合阐述了成像差异特性与图像差异特征之间的映射关系。
【关键词】：红外多波段 成像差异特性 图像差异特征 映射关系
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-21
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 多波段红外图像差异特征形成机理的研究现状12-18
• 1.2.1 成像差异特性的研究现状12-15
• 1.2.2 图像差异特征的研究现状15-17
• 1.2.3 成像特性与图像特征间映射关系的研究现状17-18
• 1.3 研究思路及主要内容18-19
• 1.4 论文的章节安排19-21
• 2. 多波段红外图像差异特征形成机理的理论基础21-41
• 2.1 红外辐射的基本规律21-24
• 2.1.1 基尔霍夫辐射规律21-22
• 2.1.2 普朗克辐射公式22-23
• 2.1.3 维恩位移辐射规律23
• 2.1.4 斯蒂芬-玻尔兹曼辐射规律23
• 2.1.5 热辐射体的分类23-24
• 2.2 红外热成像技术24-27
• 2.2.1 红外热成像的基本过程24-25
• 2.2.2 红外热成像技术的发展历程25-26
• 2.2.3 红外热成像系统组件26-27
• 2.3 图像特征的常用描述方法27-40
• 2.3.1 统计特征27-31
• 2.3.2 纹理特征31-40
• 2.4 本章小结40-41
• 3. 多波段红外成像差异特性分析41-58
• 3.1 多波段红外夜视成像差异比较41-49
• 3.1.1 目标表观辐射特性41-44
• 3.1.2 大气传输特性44-46
• 3.1.3 光学系统透射特性46
• 3.1.4 探测器响应特性46-47
• 3.1.5 夜视成像差异比较47-49
• 3.2 多波段红外白天成像差异比较49-57
• 3.2.1 短波红外目标反射太阳辐射成像49-56
• 3.2.2 中长波红外目标反射环境辐射成像56-57
• 3.2.3 白天成像差异比较57
• 3.3 本章小结57-58
• 4. 多波段红外图像差异特征分析58-67
• 4.1 三级差异特征的选择模型58-60
• 4.1.1 一致差异级58-59
• 4.1.2 显著差异级59
• 4.1.3 去相关差异级59-60
• 4.2 多波段红外图像差异特征的选择及仿真比较60-66
• 4.2.1 差异统计特征60-63
• 4.2.2 差异纹理特征63-66
• 4.3 本章小结66-67
• 5. 多波段红外成像差异特性与图像差异特征间的映射关系67-76
• 5.1 成像特性影响因素分析67-72
• 5.1.1 目标表观辐射影响因素67-69
• 5.1.2 大气传输影响因素69-71
• 5.1.3 光学系统透射影响因素71-72
• 5.1.4 探测器响应影响因素72
• 5.2 成像差异特性与图像差异特征间的映射关系72-75
• 5.2.1 成像差异特性集建立72-73
• 5.2.2 图像差异特征集建立73
• 5.2.3 映射关系描述73-75
• 5.3 本章小结75-76
• 6. 总结与展望76-79
• 6.1 论文工作及创新点总结76-77
• 6.2 下一步需要开展的工作77-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文及成果85-86
• 致谢86-87

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本文编号：627652