舰船红外图像处理技术及应用

1引言

红外线也称红外辐射，通常指波长0.75～1000μm 的电磁波，任何温度高于绝对零度的物体时时刻刻都不停地辐射红外线。

物体表面温度、表面（或投影）面积和发射系数不同，其辐射的能量和波长一般也不同，因此可以通过红外传感器对物体进行探测，获得目标的红外图像，通过对目标的红外图像进行分析来识别、跟踪目标。红外热成像技术（热像仪）是一种波长转换技术，即把红外辐射转换为可见光的技术，利用景物本身各部分辐射的差异获得图像的细节。通常利用波长3～5μm 和波长8～14μm 这两个波段的红外线通过红外热成像技术获得热红外图像。

红外图像的品质较差，普遍存在着对比度低，图像边缘模糊，分辨率低（与可见光图像比），背景复杂，目标被强大的背景噪声所淹没等特点。舰船目标本身存在着复杂的红外辐射，表现为各部分的红外辐射有很大的差别，比如烟囱壁的辐射较强；海天环境复杂多变，其红外辐射也复杂多变；舰船与环境之间的热交换情况也比较复杂，等等。因此，舰船红外图像的品质更差，舰船红外图像处理是一个困难的课题。本文论述舰船红外图像处理的内容及应用。

2舰船红外图像处理技术的主要内容

舰船红外图像处理主要研究内容有：2.1舰船红外图像的平滑

舰船红外图像干扰强，噪声主要有浪涌等引起的强脉冲噪声和红外传感器自身产生的单点脉冲噪声。为了图像的后续处理，对其进行平滑处理是必要的。可以采用经典平滑方法，也可以利用模糊数学和粗糙集理论进行平滑。

2.2舰船红外图像的增强

舰船红外图像对比度低，边缘模糊，视觉效果差，为了改善其视觉效果，并有助于后续处理，对其进行增强处理是必要的。可以采用经典直方图均衡等方法，也可以利用模糊数学理论进行增强。2.3舰船红外图像的分割

图像分割是图像处理中的主要问题，也是机器视觉领域低层视觉中的主要问题，同时它又是一个经典难题。舰船红外图像分割是舰船红外图像处理和识别的基础和关键环节；由于舰船红外图像对比度差，边缘模糊，分辨率低（与可见光图像比），背景复杂，干扰强，其分割变得更加困难。可以采用经典的图像分割方法，也可以利用模糊数学、神经网络、粗糙集理论、支持向量机理论进行图像分割，要注意天水线的分割。

2.4舰船红外图像的特征提取与选择

舰船红外图像的特征提取与选择是后续识别的基础，对于后续的识别是至关重要的。由于舰船红外图像的诸多特征稳定性差、同类特征分散性大，因此舰船红外图像的特征提取与选择是极其困难的课题。目前常见的舰船红外图像的特征提取与选择主要考虑如下：

天水线对于舰船红外图像来说是一个重要的特征。它对于舰船目标定位、跟踪和识别等具有重要意义。

舰船红外图像不变矩特征具有放缩、旋转和平移不变性，因此可作为舰船目标识别的重要特征。

目标傅立叶描述子的幅值具有旋转不变性和平移不变性，相位具有放缩不变性。因此目标傅立叶描述子可作为舰船目标识别的重要特征。

舰船目标在视场中的位置是一个有意义的特征（位置特征），它对定位、跟踪、监视、制导等均具有重要意义，拟提取红外图像中舰船目标相对于视场中心的位置。舰船目标的长宽比对于目标识别也是一个有意义的尺度特征。2.5舰船红外图像的识别

对于图像处理来说，舰船红外图像的识别是最终目的。

舰船红外图像处理技术及应用

郭海涛,周军

（东北电力大学电气工程学院，吉林省吉林市132012）

摘

要：从应用来说，海洋军事、国防、舰船科学技术、海上交通运输等领域都涉及舰船红外图像处理，舰船红外图

像处理作为红外图像处理的一个分支，有着特殊的意义，也得到了前所未有的重视。文中主要论述舰船红外图像处理的研究内容和主要应用。

关键词：红外图像；图像处理；图像平滑；图像分割；特征提取；图像识别中图分类号：TP752

文献标识码：B

文章编号：1003-2029（2009）03-0091-02

第28卷第3期2009年9月海洋技术

OCEAN TECHNOLOGY

Vol.28，No.3Sept ，2009

收稿日期：2009-06-12

作者简介：郭海涛（1965-），男，博士，副教授，研究方向为图像处

理、模式识别、智能信息处理、实时信号处理等。

海洋技术第28卷

但对于其它更大更高层次的系统或需求而言，比如对于作战指挥系统、控制制导导航系统、交通指挥管理系统等等，它又是基础和先决条件。

舰船红外图像的识别的实现是通过识别分类器的设计。识别分类器的设计理论很多，比如贝叶斯理论、神经网络理论、模糊数学、粗糙集理论、证据理论、支持向量机理论等。舰船红外图像的识别分类器设计是在特征提取与选择基础上，利用相关理论和先验知识，通过广义的学习和训练完成的。识别分类器的性能不但与相关的识别分类器设计理论的选择有关，更与先验知识的掌握与运用（即学习训练方法的选择）有关，还与低层图像处理，如平滑、增强、分割等方法的选择有关。

在以上研究内容中，舰船红外图像的分割、特征提取与选择是重点和难点，是关键。

3舰船红外图像处理技术的主要应用

与雷达成像系统相比，红外成像系统由于可用于被动探测，具有隐蔽性强、抗干扰能力强、分辨率高、揭示伪装能力强、结构简单、体积小、重量轻等优点；与可见光成像系统相比，红外成像系统具有可全天候工作，作用距离远，良好的穿透云雾能力等优点。由于红外成像技术的上述优点，使其具有一些特殊的应用。目前舰船红外图像处理主要应用于如下几个方面。

3.1应用于红外预警

红外预警已经得到广泛的应用，但只有少数场合涉及舰船红外图像处理，更多的场合涉及的仅仅是红外信号的检测。

3.2应用于作战指挥

通过舰船红外图像处理，可以识别舰船目标，这是侦察、跟踪、打击、规避舰船目标的基础和前提。

3.3红外成像制导

红外成像制导是当今世界提高红外制导系统抗干扰能力和命中精度的最有效手段之一，是红外制导的发展方向，是当今世界上最先进的制导技术之一，已成为当今世界各国军事应用中的重点研究和发展的精确制导项目之一，是精确制导技术发展的一个重要方向，在精确制导技术领域占有重要的地位，也成为目前许多反舰导弹的制导手段。而舰船红外图像处理技术是反舰导弹红外成像制导的关键技术之一，是反舰导弹自动化、智能化乃至反舰导弹更新换代的标志之一。

3.4海上交通运输管理

目前舰船在海上或江河航行时，安全行驶、导航、避碰等的信息来源主要是雷达，但雷达也有其自身的缺欠，例如在集装箱运输船中，雷达架设的位置较高，由于盲区的存在，雷达无法探测它周围的小船。红外遥感器可以克服雷达的一些缺欠而作为雷达的补充，为舰船交通运输管理提供信息源，可以通过多传感器信息融合得到更丰富的舰船信息。

4结语

舰船红外图像处理从学科角度来说，应该属于图像处理与模式识别范畴，本文给出了其主要研究内容。由于红外辐射和红外遥感器的特殊性，使得舰船红外图像处理具有特殊的应用，本文阐述了其主要应用。由于舰船红外图像处理特殊重要的应用，国外对其研究高度重视。在我国，舰船红外图像处理研究还是很初步的，但已经得到了前所未有的重视。

参考文献：

[1]郭海涛．舰船红外图像处理研究的军事意义和现状[J]．仪器仪表学报，2008，29（4）增刊：626-628.

Processing of Ship Infrared Images and Its Application

GUO Hai-tao,ZHOU Jun

(Electrical Engineering College,Northeast Dianli University,Jilin Jilin132012,China)

Abstract：Processing of ship infrared image is applied to navy military affairs,national defense,ship technology and traffic and ship-ping,it is also a branch of infrared image processing.It has particular significance and the research work on processing of ship in-frared images is more important.The research contents and main applications of processing of ship infrared images are discussed. Key words:infrared image;image processing;image smoothing;image segmentation;feature extract;image recognition

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