多源信息融合理论与技术发展ppt课件
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左耳和右耳的听觉传感器分 别获取一维声音信息，经大 脑融合后产生立体声音信息
大脑对图象信息和声音信息 进一步融合后产生新的认知 结果
对象
左目 图象传 感器
左耳 声音传 感器
右目 图象传 感器
右耳 声音传 感器
大脑：信息融合中心
自然界多传感信息融合的本质
自然界中人和动物感知客观对象，不是单纯依靠一种感 官，而是多个感官的综合。人类的视觉、听觉、触觉、嗅觉 和味觉，实际上是通过不同感官获取客观对象的不同信息， 然后由大脑对这些信息进行交融，得到一种综合的感知信息。 这种把多个感官信息进行交融的过程就是多源信息融合。千 古流传的瞎子摸象的故事，就是因为缺少视觉信息，瞎子们 的大脑对不完全信息进行融合的结果，难以避免地产生了对 大象认知的偏差。
二、信息融合发展的社会需求
空中目标侦察与预警 智能交通与智能车辆 目标识别与身份认证 机器人 图像融合与图像重构 智能传感与智能控制
空中目标侦察与预警
促进多传感信息融合理论发展的主要动因之一是现代战 争的迫切需要。由于现代武器系统具有机动性高、隐蔽性好、 电子对抗性能强等特征，用于侦察和跟踪敌方目标的预警系 统必须采用雷达、红外、视频、音频等多传感检测，同时联 络各个检测点的不同数据进行融合，着重研究的问题包括可 靠准确的目标获取、跟踪、身份识别、智能处理、后勤计划、 维修计划、指挥与控制等。尤其是针对敌方巡航导弹和飞机 低空飞行的现代空中预警系统通常由雷达、通信、导航、指 挥控制、敌我识别、数据处理和电子对抗等设备构成，具有 搜索、监视、跟踪和指挥攻击等多种功能。采用信息融合技 术，以达到精确目标获取、识别和跟踪的目的 。
动是正确的，但对于巡航导弹之类的高机动运动目标，这一假设将完全无
效；
➢ 目标的运动方程一般太 复杂（用上百个状态变 量的非线性微分方程描 述），而目标的控制行 为不确定，估计难度极 大；
➢ 双方可能有对抗行为， 相互规避；
➢ 现代战争的群攻群防改 变了战场以往作战的模 式，使得多目标运动状 态估计成为目标 集成信 息
物理模型 动态数 据库 微型传感器 无线通信 下一代因特网
空中目标侦察与预警
现代战争中的 机敏传感网络
适应范围: 城市街巷, 地铁、 下水道, 困难的 农村地域, 浓雾 地区, 跟踪慢目 标和快目标, 快 速反应
空中目标侦察与预警
➢ 只有正确估计目标未来的运动轨迹，才有可能正确击中目标； ➢ 过去总是假定目标作匀速直线运动，这对于相对低机动的飞机等目标运
空中目标侦察与预警
网络联系的现代战场 现代战争提供一切获 取信息的手段，包括 雷达、红外摄象机、 光学摄象机、通信设 施、计算机网络等， 并对所获取的信息进 行融合，以得到最佳 可利用信息。手持式 入网计算机是十分理 想的工具。
空中目标侦察与预警
全场景预警
美国国防部的一份研究 报告认为， 按照现代战 争的概念，必须在战场 上按正确时间向战士提 供正确信息，包括各种 传感信息和由之产生的 融合信息。
多源信息融合
目录
一、多源信息融合的一般概念与定义 二、信息融合的社会需求 三、信息融合系统的模型和结构 四、多源信息融合主要技术和方法 五、发展起源、现状与未来
自然界异类多传感信息融合
鼻子 耳朵
大脑
记忆
手
先验知识 规则
推理能力
眼睛 舌头
演绎活动
自然界同类多传感信息融合
左目和右目的视觉传感器分 别获取二维图象信息，经大 脑融合后产生立体图象信息
➢ 对于洲际导弹而言，对敌方目标的搜索、发现、识别和跟踪 具有更大的困难；
➢ 电子对抗的强干扰，使得目标的发现和跟踪变得更加复杂。
智能交通与智能车辆
车辆自动导航
促进信息融合理论发展的另一个重要因素是现代民 用高科技发展的需求。繁忙复杂的现代城市交通和 快速便捷的高速公路，以及未来将要出现的自动车 辆系统（AVS），均要求建立智能交通系统（ATS） 进行智能监测和控制，同样要求对车辆运行进行交 通监视和跟踪，更需要多传感信息融合。未来自动 车辆系统异类传感器包括视频传感器、激光扫描仪 和雷达传感器等，融合的目的在于把目标输入到路 径规划与制导系统中去。
信息融合的定义一
信息融合就是由多种信息源如传感器、数据库、知识 库和人类本身获取有关信息，并进行滤波、相关、和集成， 从而形成一个表示构架，这种构架适合于获得有关决策， 如对信息的解释，达到系统目标（例如识别、跟踪或态势 评估），传感器管理和系统控制等。（W.A. Sander）
信息融合的定义二
1-目标跟踪雷达
2-导弹导引雷达
目标跟踪
3-计算机
4-导弹发射架
空中目标侦察与预警
➢ 空中拦截是现代 战争的又一特点， 其关键技术是对 敌方目标运动轨 迹的精确估计， 其次才是精确控 制我方攻击武器 的运动过程，达 到拦截的目的；
空中目标拦截
➢ 由于敌方目标运动的高速和高度机动性，空中拦截无异于 “针尖对麦芒”；
信息融合就是一个过程，处理由单个或多个信息源获 得的数据或信息，进行关联、相关和组合，从而提高位置 和特性估计的精度，以及完成对态势和威胁及其重要性的 适时评估。这种过程是根据对估计和评估的不断精练，对 增加信息源的评判，以及对过程本身的修正来表征的，从 而达到改善结果的目的。
信息融合的定义三
目前所研究的多传感信息融合，主要是指利用计算机进 行多源信息处理，从而得到可综合利用信息的理论和方法，其 中也包含对自然界人和动物大脑进行多传感信息融合机理的探 索。其关键问题，就是提出一种理论和方法，对具有相似或不 同特征模式的多源信息进行处理，以获得具有相关和集成特性 的融合信息。研究的重点是特征识别和算法，这些算法导致多 传感信息的互补集成，改善不确定环境中的决策过程，解决把 数据用于确定共用时间和空间框架的信息理论问题，同时用来 解决模糊的和矛盾的问题。
智能交通与智能车辆
日本的车辆驾驶支持系统
智能交通与智能车辆
智能交通系统中的多传感
智能交通与智能车辆
未来的智能交通系统
智能交通与智能车辆
DEMO Ⅲ无人驾驶
车辆的多传感信息 融合，传感器包括： 声音传感器 立体摄像机 彩色CCD摄像机 背部摄像机 激光雷达 检测雷达
大脑对图象信息和声音信息 进一步融合后产生新的认知 结果
对象
左目 图象传 感器
左耳 声音传 感器
右目 图象传 感器
右耳 声音传 感器
大脑：信息融合中心
自然界多传感信息融合的本质
自然界中人和动物感知客观对象，不是单纯依靠一种感 官，而是多个感官的综合。人类的视觉、听觉、触觉、嗅觉 和味觉，实际上是通过不同感官获取客观对象的不同信息， 然后由大脑对这些信息进行交融，得到一种综合的感知信息。 这种把多个感官信息进行交融的过程就是多源信息融合。千 古流传的瞎子摸象的故事，就是因为缺少视觉信息，瞎子们 的大脑对不完全信息进行融合的结果，难以避免地产生了对 大象认知的偏差。
二、信息融合发展的社会需求
空中目标侦察与预警 智能交通与智能车辆 目标识别与身份认证 机器人 图像融合与图像重构 智能传感与智能控制
空中目标侦察与预警
促进多传感信息融合理论发展的主要动因之一是现代战 争的迫切需要。由于现代武器系统具有机动性高、隐蔽性好、 电子对抗性能强等特征，用于侦察和跟踪敌方目标的预警系 统必须采用雷达、红外、视频、音频等多传感检测，同时联 络各个检测点的不同数据进行融合，着重研究的问题包括可 靠准确的目标获取、跟踪、身份识别、智能处理、后勤计划、 维修计划、指挥与控制等。尤其是针对敌方巡航导弹和飞机 低空飞行的现代空中预警系统通常由雷达、通信、导航、指 挥控制、敌我识别、数据处理和电子对抗等设备构成，具有 搜索、监视、跟踪和指挥攻击等多种功能。采用信息融合技 术，以达到精确目标获取、识别和跟踪的目的 。
动是正确的，但对于巡航导弹之类的高机动运动目标，这一假设将完全无
效；
➢ 目标的运动方程一般太 复杂（用上百个状态变 量的非线性微分方程描 述），而目标的控制行 为不确定，估计难度极 大；
➢ 双方可能有对抗行为， 相互规避；
➢ 现代战争的群攻群防改 变了战场以往作战的模 式，使得多目标运动状 态估计成为目标 集成信 息
物理模型 动态数 据库 微型传感器 无线通信 下一代因特网
空中目标侦察与预警
现代战争中的 机敏传感网络
适应范围: 城市街巷, 地铁、 下水道, 困难的 农村地域, 浓雾 地区, 跟踪慢目 标和快目标, 快 速反应
空中目标侦察与预警
➢ 只有正确估计目标未来的运动轨迹，才有可能正确击中目标； ➢ 过去总是假定目标作匀速直线运动，这对于相对低机动的飞机等目标运
空中目标侦察与预警
网络联系的现代战场 现代战争提供一切获 取信息的手段，包括 雷达、红外摄象机、 光学摄象机、通信设 施、计算机网络等， 并对所获取的信息进 行融合，以得到最佳 可利用信息。手持式 入网计算机是十分理 想的工具。
空中目标侦察与预警
全场景预警
美国国防部的一份研究 报告认为， 按照现代战 争的概念，必须在战场 上按正确时间向战士提 供正确信息，包括各种 传感信息和由之产生的 融合信息。
多源信息融合
目录
一、多源信息融合的一般概念与定义 二、信息融合的社会需求 三、信息融合系统的模型和结构 四、多源信息融合主要技术和方法 五、发展起源、现状与未来
自然界异类多传感信息融合
鼻子 耳朵
大脑
记忆
手
先验知识 规则
推理能力
眼睛 舌头
演绎活动
自然界同类多传感信息融合
左目和右目的视觉传感器分 别获取二维图象信息，经大 脑融合后产生立体图象信息
➢ 对于洲际导弹而言，对敌方目标的搜索、发现、识别和跟踪 具有更大的困难；
➢ 电子对抗的强干扰，使得目标的发现和跟踪变得更加复杂。
智能交通与智能车辆
车辆自动导航
促进信息融合理论发展的另一个重要因素是现代民 用高科技发展的需求。繁忙复杂的现代城市交通和 快速便捷的高速公路，以及未来将要出现的自动车 辆系统（AVS），均要求建立智能交通系统（ATS） 进行智能监测和控制，同样要求对车辆运行进行交 通监视和跟踪，更需要多传感信息融合。未来自动 车辆系统异类传感器包括视频传感器、激光扫描仪 和雷达传感器等，融合的目的在于把目标输入到路 径规划与制导系统中去。
信息融合的定义一
信息融合就是由多种信息源如传感器、数据库、知识 库和人类本身获取有关信息，并进行滤波、相关、和集成， 从而形成一个表示构架，这种构架适合于获得有关决策， 如对信息的解释，达到系统目标（例如识别、跟踪或态势 评估），传感器管理和系统控制等。（W.A. Sander）
信息融合的定义二
1-目标跟踪雷达
2-导弹导引雷达
目标跟踪
3-计算机
4-导弹发射架
空中目标侦察与预警
➢ 空中拦截是现代 战争的又一特点， 其关键技术是对 敌方目标运动轨 迹的精确估计， 其次才是精确控 制我方攻击武器 的运动过程，达 到拦截的目的；
空中目标拦截
➢ 由于敌方目标运动的高速和高度机动性，空中拦截无异于 “针尖对麦芒”；
信息融合就是一个过程，处理由单个或多个信息源获 得的数据或信息，进行关联、相关和组合，从而提高位置 和特性估计的精度，以及完成对态势和威胁及其重要性的 适时评估。这种过程是根据对估计和评估的不断精练，对 增加信息源的评判，以及对过程本身的修正来表征的，从 而达到改善结果的目的。
信息融合的定义三
目前所研究的多传感信息融合，主要是指利用计算机进 行多源信息处理，从而得到可综合利用信息的理论和方法，其 中也包含对自然界人和动物大脑进行多传感信息融合机理的探 索。其关键问题，就是提出一种理论和方法，对具有相似或不 同特征模式的多源信息进行处理，以获得具有相关和集成特性 的融合信息。研究的重点是特征识别和算法，这些算法导致多 传感信息的互补集成，改善不确定环境中的决策过程，解决把 数据用于确定共用时间和空间框架的信息理论问题，同时用来 解决模糊的和矛盾的问题。
智能交通与智能车辆
日本的车辆驾驶支持系统
智能交通与智能车辆
智能交通系统中的多传感
智能交通与智能车辆
未来的智能交通系统
智能交通与智能车辆
DEMO Ⅲ无人驾驶
车辆的多传感信息 融合，传感器包括： 声音传感器 立体摄像机 彩色CCD摄像机 背部摄像机 激光雷达 检测雷达