《红外成像系统简介》PPT课件

红外成像系统简介
• 海湾战争充分显示了红外技术特别是热成像技术在军事上的作用和威 力。
• 海湾战争从开始、作战到获胜都是在夜间，夜视装备应用的普遍性乃 是这次战争的最大特点之一。在战斗中投入的夜视装备之多，性能之 好，是历次战争所不能比拟的。美军每辆坦克，每个重要武器直到反 坦克导弹都配有夜视瞄准具，仅美军第二十四机械化步兵师就装备了 上千套夜视仪。多国部队除了地面部队，海军陆战队广泛装备了夜视 装置外，美国的F117隐形战斗轰炸机、阿帕奇直升机、F15E战斗机、 英国的旋风GRI对地攻击机等都装有先进的热成像夜视装备。正因为 多国部队在夜视和光电装备方面的优势，所以在整个战争期间他们掌 握了绝对的主动权。多国部队利用飞机发射的红外制导导弹在海湾战 争中发挥了极大的威力，他们仅在10天内就摧毁伊军坦克650辆、装 甲车500辆。
红外成像系统简介
• 二、图像信号处理器硬件系统的研究。随着计算机技术和大型集成电路的发展，DSP （数字信号处理器）和FPGA（现场可编程逻辑器件）已广泛使用在图像信号处理器中。 大容量存储器和多处理器并行结构的应用，使信号处理的能力和容量成数量级别和跟踪算法和软件的研究。随着探测器水平和图像信号处理器处 理能力的提高，各种复杂的算法得以在系统中实时运行。近年来针对复杂背景和各种 干扰条件下的检测和识别的新算法不断涌现，更加智能化的状态判决和跟踪处理算法 也得以应用。尤其是有关红外目标检测的技术也得到迅速发展。
红外成像系统简介
• 同时，红外成像技术也广泛地应用于工业、农业、医学、交通等各个行业和部门。红 外测温、红外理疗、红外检测、红外报警、红外遥感、红外防伪更是各行业争相选用 的先进技术。
红外成像系统简介
• 红外成像系统与雷达成像系统、电视成像系统一 起构成当代三大成像系统。
• 红外成像系统与雷达相比，具有结构简单、体积 小、重量轻、分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力 强等优点；与可见光相比，有透过烟尘能力强、 可昼夜工作等特点，因而在中近距离成像跟踪系 统中，红外成像传感器受到特别重视。
红外图像的目标检测及跟踪
• ①全局阈值法：经滤波后的背景噪声近似看 作是高斯白噪声，可使用全局门限分割算法。 设输入图像为 fH(i, j,k) ，门限处理后的图像 为 g(i, j,k) ，令门限为Th(k)，则有：
g(i,
j,
k
)
f0H
(i,
j,
k)
; ;
f f
H H
(i, (i,
j, j,
k) k)
红外成像系统简介
1 红外成像系统的应用 随着红外成像技术的发展，红外成像系统已广 泛地应用在光学遥感、夜间导航、目标探测以
及火控、制导等民用和军事领域。
红外成像系统简介
• 从二十世纪五十年代开始，红外成像技术被广泛 应用于军事领域，尤其是在红外成像制导、红外 告警和侦察方面。
• 机载前视红外装置能在1500m上空探测到人、小型 车辆和隐蔽目标，在20000m高空能分辨出汽车乃 至能探测水下40m深处的潜艇。军事需求始终是推 动红外成像技术发展的最强动力，军事领域也是 红外成像新技术首先得到应用的领域。
红外图像的目标检测及跟踪
• 2.1.1 阈值法 • 依据分割阈值将目标从背景中分割出来，通常是
成像跟踪算法中必须首先解决的一个重要环节， 它包括阈值计算和目标分割两个过程。能否有效 地提取出目标，问题的关键是寻找一个合理的阈 值。阈值的选取有固定阈值和自适应阈值两种方 法，阈值法又可以分为全局阈值法和局部阈值法。
红外成像系统简介
• 红外图像信号处理硬件系统的性能和容量是与受 探测器和电路技术发展水平相对应的；而红外目 标检测技术可以最大程度上发挥系统性能，使系 统整体性能达到最优。
• 近年来计算机技术和数字图像处理技术迅速发展， 有关红外图像中目标检测的理论、方法和技术方 面的研究也在广泛地开展。
红外图像的目标检测及跟踪
• 红外目标检测算法可分为“先跟踪后检测（TB D）”类检测算法和“先检测后跟踪（DBT）” 类检测算法两大类。
• 2.1 典型的DBT目标检测算法 • 经典的DBT目标检测算法较为清晰分解了单帧
目标初检测和多帧目标确定这两项任务，所以 从宏观上说，将不同的图像预处理及单帧目标 分割算法与不同的多帧目标运动轨迹确定算法 组合起来，就可以构成适合于不同具体研究对 象的DBT目标检测算法。
红外成像系统简介
• 红外目标的检测技术是红外成像系统中的核心技术之一，它利用图像处理算法对处于 杂乱背景和强噪声环境中的目标进行自动检测，算法的性能对红外成像系统的作用距 离和智能化程度十分关键。
红外成像系统简介
• 从二十世纪八十年代末 人们已经开始利用红外传感器来 检测远距离的热源
• 随着热成像技术的成熟 红外图像中的目标检测技术已经 成为一项独立的、具有明显特色的研究方向。尤其在军事 领域，目前在欧美国家的一些先进的武器系统，包括航空 母舰的预警系统、各种飞机的红外搜索跟踪系统、红外成 像制导导弹和一些地面军事设施的告警系统中，红外弱小 目标的检测技术的地位举足轻重。可以说远距离的飞机、 导弹等飞行物的自动检测已成为成像制导、告警系统和光 电对抗的核心技术。
• 下表比较了几种常用成像系统的优缺点：
红外成像系统简介
红外成像系统简介
• 1.2 红外成像系统研究发展
• 目前红外成像系统的研究主要集中在三个方面：
• 一、焦平面探测器阵列的研究。探测器材料从传 统的锑化铟（InSb）、硅化铂（PtSi）和锑镉汞 （HgCdTe）向III—V族化合物发展；探测器阵列 的大小从最初的64×64元向512×512元、1024×1 024元甚至更高元数发展，随着探测器元数的增多 和单元尺寸的减小，对读出电路的要求也越来越 高。
Th(k) Th(k)
(2.1)
红外图像的目标检测及跟踪
• 式中，Th(k)是随序列图像的变化而自适应 改变的。即：
(2.2)
Th(k) mean(k) λ var(k)
• 其中，λ为加权值，λ的选择范围为3—5， mean (k)、var(k)分别表示第k帧经抑制背 景起伏后的图像灰度均值和方差，设输入图 像的大小为N1×N2，则图像均值和方差可表 示为：