天基红外图像的点目标检测 - 光学 精密工程

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１ 引 言
工作 于 地 球 同 步 轨 道 的 美 国 国 防 支 援 计 划 （ 卫星利用大视场红外扫描相机 探测洲 际导 Ｄ Ｓ Ｐ）
］ １ 弹的助推段尾焰 ， 确定其发射点及航向 ［ ， 该相 机
有利于硬Fra Baidu bibliotek并行实现 。 波，
２ Ｓ Ｐ 星上信息处理 Ｄ
通 过 探 测 主 动 段 导 弹 尾 焰 的 强 红 外 辐 射， Ｄ Ｓ Ｐ 搜索系 统 能 够 探 测 地 基 和 海 基 洲 际 弹 道 导 由３颗卫星 弹发射 。Ｄ Ｓ Ｐ 运行在地 球 同 步 轨 道 ， 组成星座 ， 对地球 表 面 进 行 全 面 覆 盖 。Ｄ Ｓ Ｐ 卫星 搭载的双色 红 外 探 测 器 每 １ ０ｓ 对 地 球 表 面 上 特 定地区扫描一次 ， 从探测到预 警 的 时 间 为 ５ ０～６ ０ ， 预警时 间 为 ３～４ ｍ ｓ ｉ ｎ。Ｄ Ｓ Ｐ的发展过程可以 ／ 划分为 Ｐ ｈ ａ ｓ ｅ Ⅰ、 Ｐ ｈ ａ ｓ ｅ Ⅱ、 ＭＯ Ｓ Ｐ Ｉ Ｍ、 Ｐ ｈ ａ ｓ ｅⅡ Ｕ ｒ ａ ｄ ｅ及 Ｄ Ｓ Ｐ Ｉ等 ５ 个阶段 。 ｐ ｇ Ｐ ｈ ａ ｓ ｅ Ｓ Ｐ 卫星星上搭载的红外扫 Ⅱ 阶段 Ｄ 采 样输 出数据 描探测器具有 ２×２０ ０ ０ 个 探测 元 ， ／ ， 并 进 行 ５ｂ 量 率为 ７． ２Ｍ ｓ ａ ｍ ｌ ｅ ｓ ｉ ｔ灰 度 量 化 ， ｐ ／ ； 经红外处理单元的 化后的数据率 约 为 ３ ６Ｍ ｂ ｓ 峰值检测和门限处理 ， 输出数据率为４ ／ ， 虚 ９ ２ｋ ｂ ｓ 警率为 １ ３． ６×１ ０－３ 。 星上处理流程如图 １ 所示 。
第１ ８卷 第９期 ２ ０ １ ０年９月
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光学 精密工程
Ｖ ｏ ｌ ． １ ８ Ｎ ｏ ． ９ Ｓ ｅ ． ２ ０ １ ０ ｐ
文章编号 １ ） ０ ０ ４ ９ ２ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ０ ０ ９ ２ ０ ９ ４ ０ ７
］ ］ ２ ３ 很 多， 如 自 适 应 背 景 预 测 检 测［ 、 形 态 学 方 法［
天基红外图像的点目标检测
孟祥龙 ， 张 伟， 丛明煜 ， 曹移明 ， 鲍文卓
（ 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １）
摘要 ： 为了研究地球同步轨道卫星红外扫描相机图像星上处理技术 ， 分析了美国 国 防 支 援 计 划 （ 卫星 Ｐ Ｄ Ｓ Ｐ） ｈ ａ ｓ ｅ Ⅱ阶段 提出了一种适 用 于 星 上 工 作 环 境 的 红 外 扫 描 图 像 点 目 标 检 测 双 通 道 滤 波 和改进后的星上信息处理机的基本处理流程 ， 采用均值滤波抑制背景 ， 对背景去除后的残差图像进行自适应门限探测 ； 在门限滤波的同时 ， 采用峰值判别 方法 。 首先 ， 算法对峰值数据进行检波以降低自适应门限滤波产生的虚警 ； 最后 ， 采用融合算法对超过门限的图像及峰值 检 波 图 像 的 简单可行且 利 于 硬 件 实 时 实 现。实 验 结 双通道数据进行目标确认 。 该算法在保证高目标检测率的 同 时 降 低 了 虚 警 率 ， 果表明 ， 当目标信噪比 ＞６ 时 ， 检测 概 率 可 达 ９ 虚 警 率 为 １． ； 算 法 实 时 性 分 析 表 明， 处理器主频为２ ９． ３％ （ ３×１ ０－３ ） ０ ０ 算法处理能力为 ５ ／ ， 满足天基信息处理要求 。 ６． ４ ５Ｍ ｂ ｓ ＭＨ ｚ时 ， 关 键 词： 红外图像 ； 目标检测 ； 峰值判别 Ｄ Ｓ Ｐ 卫星 ； 中图分类号 ： ： ／ Ｔ Ｐ ３ ９ １； Ｔ Ｐ ７ ２ ２． ５ 文献标识码 ： Ａ 犱 狅 犻 １ ０． ３ ７ ８ ８ Ｏ Ｐ Ｅ． ２ ０ １ ０ １ ８ ０ ９． ２ ０ ９ ４
产生的数据量约 为 每 秒 几 百 兆 位 ， 如果全部实时 要求星地数据传输系统的 下传到地面处理 系 统 ， 传输能力非常高 ， 且全部数据中目标非常少 ， 绝大 部分 数 据 是 背 景 信 息 数 据 。 为 解 决 这 个 问 题 ， Ｄ Ｓ Ｐ 卫星上 搭 载 了 针 对 红 外 相 机 图 像 数 据 开 发 的信息处理机 。 信息处理机的主要功能是完成对 并把疑似目标相关 可疑的导弹目标 的 信 号 检 测 ， 数据发送至 地 面 处 理 系 统 。 由 于 探 测 距 离 远 ， 理 想情况下目标仅 占 所 成 图 像 的 单 个 像 素 ， 即目标 无法利用 成像为点目 标 。 点 目 标 没 有 结 构 信 息 ， 大小 、 纹理等特征进行目标检测 。 根 目标的形状 、 采用先检测后跟踪 据星上目标探测 实 时 性 特 点 ， 方法 ， 即先通过星 上 单 帧 图 像 处 理 找 出 可 疑 目 标 点后 ， 地面处理系 统 再 根 据 目 标 的 运 动 特 性 进 行 剔 除 假 目 标， 保 留 真 目 标， 估算目标的 轨迹 关 联 ， 发射点及落地点 ， 发布战略预警信息 。 目前 ， 已经提出的红外图像点目标探测方法
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修订日期 ： ２ ０ １ ０ ０ ６ ２ ７； ２ ０ １ ０ ０ ７ ２ ７． 收稿日期 ： 国家 ８ ） ６ ３ 高技术研究发展计划资助项目 （ Ｎ ｏ ． ２ ０ ０ ６ ＡＡ １ ２ ８ ０ 基金项目 ：
第９期
等： 天基红外图像的点目标检测 孟祥龙 ，
－３ ）ｗ １． ３×１ ０ ｈ ｅ ｎｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｕ ｔＳ ｉ ｎ ａ ｌ ｔ ｏ Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅｒ ａ ｔ ｉ ｏ（ Ｓ Ｎ Ｒ） ｉ ｓｎ ｏｌ ｅ ｓ ｓｔ ｈ ａ ｎ６．Ｔ ｈ ｅｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍ ｅａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓｏ ｆ ｐ ｇ ｙ
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