红外成像目标检测与定位系统关键技术研究

论文摘要

本文以“基于红外成像的目标检测与定位系统”为应用背景，主要针对其关键技术——红外成像系统标定、红外目标检测和定位进行了研究。论文的主要工作如下： 1、介绍红外辐射理论和红外成像系统（非制冷焦平面红外成像系统）的工作原理，分析影响目标及背景红外图像的因素，以分析结果为指导通过对目标、背景图像数据的户外测量，获得目标在不同时间、不同季节、不同状态及不同背景的红外图像。 2、针对红外成像系统所成图像具有对比度低、缺乏细节信息等特点，提出一种新的红外成像系统标定方法。此方法以针孔成像模型作为红外成像系统模型，选择小热源作为标定点，以WGS-84坐标系作为世界坐标系，引入北东天坐标系，先通过借鉴主动视觉的思想控制红外成像系统绕光心旋转得到外部参数，然后借助GPS接收机测得标定点世界坐标，利用这些标定点的像素坐标和世界坐标由最小二乘估计求解内部参数。实验表明新方法精度高、成本低，适合于实际应用。 3、分析了常见相关滤波器的原理和性能，详细介绍了一种新型的以KFT为基础的二次相关滤波器的设计过程，并由此完成红外目标检测。仿真结果表明此方法不但能检测出真正目标，还能在一定程度上区别亮度更高的虚假目标，是一种非常有效的检测算法。 4、在完成红外成像系统标定和目标检测的基础上，借鉴主动视觉的思想提出了一种基于UKF的红外目标定位方法。此方法以控制红外成像系统运动为前提，由红外成像系统成像模型参数推导量测方程，利用多组目标的像素位置通过UKF对目标进行定位。仿真结果表明：当初始状态及其相伴协方差选择合理时，新方法能够完成目标的定位，而且随着定位次数的增加，定位误差不断减小，定位精度不断提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 摄像机标定技术研究现状
• 1.2.1 摄像机成像模型研究现状
• 1.2.2 摄像机标定方法研究现状
• 1.3 红外目标检测方法研究现状
• 1.3.1 基于单帧图像的目标检测方法
• 1.3.2 基于序列图像的目标检测方法
• 1.4 目标定位方法研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 目标及背景训练样本获取
• 2.1 引言
• 2.2 红外辐射理论
• 2.2.1 基本概念
• 2.2.2 基本定律
• 2.3 非制冷焦平面红外成像系统的工作原理
• 2.4 影响红外图像特征的因素分析
• 2.5 户外试验
• 2.5.1 目标红外图像的获取
• 2.5.2 背景红外图像的获取
• 2.5.3 目标及背景红外图像特征
• 2.6 小结
• 第三章 红外成像系统标定技术研究
• 3.1 引言
• 3.2 红外成像系统成像模型
• 3.2.1 几何模型
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 红外成像系统标定方法
• 3.4 实验及结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 基于二次相关滤波器的红外目标检测
• 4.1 引言
• 4.2 相关滤波器
• 4.2.1 相关运算定义
• 4.2.2 相关性能评价
• 4.2.3 相关滤波器
• 4.3 基于二次相关滤波器的红外目标检测方法
• 4.4 实验及结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 基于 UKF的红外目标定位
• 5.1 引言
• 5.2 不敏卡尔曼滤波器（UKF）
• 5.2.1 不敏变换（UT）
• 5.2.2 滤波模型
• 5.3 基于UKF的红外目标定位方法
• 5.3.1 定位模型
• 5.3.2 方法描述
• 5.4 实验及结果分析
• 5.5 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文和参与的科研项目
• 硕士期间发表的论文:
• 硕士期间参与的科研项目:
• 致谢