低对比度目标探测跟踪技术研究

发布时间：2017-07-18 00:06

  本文关键词：低对比度目标探测跟踪技术研究

  更多相关文章： 低对比度目标 目标特性 天光背景 探测跟踪系统 杂光抑制

【摘要】：随着太空探索的不断深入,探测跟踪空间碎片等强噪声低对比度目标具有非常重要的科学和军事应用意义。本文从目标探测跟踪主要技术环节考虑,对强噪声低对比度目标探测跟踪技术面临的重要理论和技术实现等关键技术进行了深入研究,重点研究了目标特性、白天天光背景对探测的影响因素、探测跟踪系统设计以及图像信号复原技术。首先分析目标探测跟踪机理、低对比度目标的量化定义以及研究现状,分析了目标图像背景预测与背景抑制方法,讨论了基于自适应阈值分割和边界提取的目标与背景的分离方法,以及聚类、管道滤波等适用于低对比度小目标的检测算法。同时,明确了信噪比低于3dB的弱小目标为低对比度目标。进而以目标特性为切入点,分析了目标的几何尺度及光学特性,建立了目标的基本光照度模型;分析了目标的角速度和角加速度运动特性,为建立探测跟踪系统动态传递函数提供依据。深入研究了典型目标的光谱反射特性,分析了空间点目标的红外辐射及光谱特征,提出了基于双波段红外光谱的目标红外特性提取算法,并对算法的有效性进行了研究。针对大气传输和天光背景对地面探测跟踪系统影响大、不确定性强的特点,计算了大气的吸收与散射系数、大气背景辐射、透过率和天空背景亮度,分析了大气垂直分布对光吸收和散射的影响;深入研究了大气光散射对目标对比度、大气湍流对目标弥散的影响。针对探测跟踪系统静态和动态性能,详细分析了跟踪系统抖动对目标图像对比度和信噪比的影响,推导了系统抖动条件下的动态光学传递函数,提出了解决系统抖动引起图像模糊的图像清晰化技术。设计研制了低对比度目标探测系统,建立了探测系统杂散光模型,并进行分析和提出改进措施;详细讨论多种相机的探测灵敏度、信噪比特性和光谱响应特性,提出适合在低对比度条件下高速使用的探测跟踪相机类型;验证了采用图像累加增强抑制大气影响的成像探测算法、采用背景削减提高目标成像对比度、光谱滤波提高目标探测信噪比等方法的有效性;研制了天光背景测量仪,对天光背景辐射进行了实际测量和标定,获得宝贵的天光背景数据,为低对比度目标探测跟踪图像处理提供了实时背景参数;提出了基于指数定律的增量维纳滤波图像清晰化处理算法,对目标原始图像与降质函数进行逐次高精度逼近,显著改善图像质量,使图像对比度提高了20%,信噪比提高了2.5dB以上。最后,对低对比度目标探测跟踪的系统性能进行了归纳和总结。指出应结合探测器性能和系统动态传递函数进一步研究图像处理算法,探索新型的光电探测跟踪机理和图像清晰化的技术。
【关键词】：低对比度目标 目标特性 天光背景 探测跟踪系统 杂光抑制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究意义12-13
• 1.2 研究目的13-14
• 1.3 研究现状和发展趋势14-21
• 1.3.1 目标与环境的光学特性研究现状与发展趋势14-15
• 1.3.2 目标光大气传输特性的研究现状与发展趋势15-17
• 1.3.3 目标光学跟踪系统研究现状与发展趋势17-19
• 1.3.4 目标信号处理研究现状与发展趋势19-20
• 1.3.5 现有低对比度目标探测跟踪面临的挑战20
• 1.3.6 现有低对比度目标探测跟踪技术发展趋势20-21
• 1.4 本文主要工作21
• 1.5 本文结构安排21-23
• 第二章 低对比度目标定义23-36
• 2.1 引言23-24
• 2.2 低对比度小目标检测24-32
• 2.2.1 低对比度小目标图像增强25-29
• 2.2.2 低对比度小目标分割29-31
• 2.2.3 低对比度小目标检测31-32
• 2.3 低对比度目标的量化定义32-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 低对比度目标的特性分析36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 低对比度目标几何特性36-43
• 3.3 低对比度目标运动特性43-46
• 3.4 低对比度目标光谱特性46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 大气传输与天空背景影响分析49-67
• 4.1 引言49
• 4.2 大气辐射传输分析49-52
• 4.3 大气垂直分布对光吸收和散射的影响52-58
• 4.3.1 大气垂直分布对光吸收的影响52-55
• 4.3.2 大气垂直分布对光散射的影响55-58
• 4.4 不同海拔高度下对上观测时的大气透过率与天空背景亮度58-61
• 4.4.1 不同海拔高度下对上观测时的大气透过率58-59
• 4.4.2 不同海拔高度下对上观测时的天空背景亮度59-61
• 4.5 大气湍流对目标弥散的影响61-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 跟踪系统性能研究67-85
• 5.1 引言67
• 5.2 跟踪系统分析67-70
• 5.3 跟踪系统抖动对成像的影响分析70-78
• 5.3.1 动态线扩散函数71-72
• 5.3.2 动态光学传递函数72
• 5.3.3 匀速运动条件下的动态光学传递函数72-74
• 5.3.4 横向振动条件下的动态光学传递函数74-78
• 5.4 跟踪抖动模糊图像的清晰化78-80
• 5.5 高精度跟踪抖动抑制技术研究80-84
• 5.5.1 复合轴跟踪控制技术81-82
• 5.5.2 跟踪控制实验82-84
• 5.6 本章小结84-85
• 第六章 目标探测系统及实验研究85-134
• 6.1 引言85
• 6.2 探测系统设计85-92
• 6.2.1 系统设计85-86
• 6.2.2 探测系统杂散光分析86-91
• 6.2.3 探测系统杂散光抑制措施91-92
• 6.3 高灵敏度探测图像传感技术92-105
• 6.3.1 数字图像传感技术及特点92-98
• 6.3.2 各类型图像传感器性能比较98-99
• 6.3.3 图像传感器信噪比对比分析99-103
• 6.3.4 图像探测器光谱特性103-104
• 6.3.5 图像传感技术小结104-105
• 6.4 基于红外光谱的空间点目标特征提取方法研究105-109
• 6.4.1 基于双波段红外光谱数据的目标特征提取方法105-106
• 6.4.2 算法的有效性分析106-109
• 6.5 采用图像累加增强抑制大气影响的成像探测技术研究109-113
• 6.6 光谱探测背景辐射测量技术及实验113-118
• 6.6.1 天空背景亮度的理论模型113-114
• 6.6.2 天空辐射亮度计算分析114-116
• 6.6.3 天空背景辐射测量116-118
• 6.7 光谱滤波提高目标探测信噪比研究118-121
• 6.8 采用背景削减提高目标成像对比度的方法研究121-125
• 6.9 低对比度目标探测图像清晰化技术研究125-132
• 6.9.1 系统离焦与静态像差校正的图像清晰化处理研究125-127
• 6.9.2 目标相对运动与大气湍流降质图像的清晰化处理研究127-132
• 6.9.3 白天弱小目标图像的清晰化实验研究132
• 6.10本章小结132-134
• 第七章 结论134-137
• 7.1 本文的主要贡献及创新点134-136
• 7.2 下一步工作的展望136-137
• 致谢137-139
• 参考文献139-148
• 攻博期间取得的研究成果148-149

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 谭碧涛;景春元;王宝国;张新;关小伟;;光谱滤波技术对星等测量精度的影响[J];强激光与粒子束;2009年02期

2 李正周;马齐佑;郑微;刘书君;金钢;;基于多特征融合的微弱红外运动目标跟踪方法[J];强激光与粒子束;2011年01期

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本文编号：555179