红外成像目标识别跟踪算法研究

论文摘要

本文以研究红外成像的目标识别与跟踪算法为核心，依次对红外成像的原理与模拟方式、跟踪算法的设计与评价、干扰方式选取以及仿真平台的建立进行了研究。本文首先回顾了红外辐射、大气传输以及红外探测的基本原理，并推导了对仿真有意义的公式。这些公式既可以用于对实际情况的估计，也可以用于红外成像的模拟。之后，本文将红外的辐射方式和OpenGL的渲染方式进行了对比，设计并实现了用OpenGL的可见光模型模拟红外辐射的方法，取得了逼真的渲染效果。在深入分析红外成像特点的基础上，本文将红外成像跟踪中图像序列的特点归纳为4个特征，并据此设计了针对红外成像图像序列特点的跟踪算法。在算法的设计当中提出了双后向映射等新的图像处理方式，对目标的识别与跟踪起到了重要的作用。仿真测试和对真实红外图像序列的测试表明，该算法能够在低信噪比、目标尺度变化和目标受到人为干扰等不利的情况下良好运行。为了增加跟踪算法的抗干扰能力，本文归纳和整理了多种干扰方式，建立了一个干扰源测试样本集，并给出了这些干扰方式的干扰强度判别指数，用于衡量各种跟踪算法的抗干扰能力。之后，本文推荐了一种比较有效的干扰方式。最后，本文把仿真、跟踪和干扰的研究成果整合到了独立编写的红外成像对抗仿真平台中，集成地实现了基于环境参数的红外模拟，跟踪算法的加载、干扰方式的加载和多次的对抗仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.1.1 研究的目的
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 红外成像系统研发现状
• 1.2.2 红外探测与硬件发展现状
• 1.2.3 跟踪算法发展现状
• 1.3 论文的主要内容和章节安排
• 第2章 红外辐射特性分析与模拟方法
• 2.1 红外辐射特性分析
• 2.1.1 物体的红外辐射
• 2.1.2 大气的透过率、大气窗口与程辐射
• 2.1.3 红外设备的参数以及大气传输的综合影响
• 2.2 红外辐射的模拟与显示
• 2.2.1 目标与背景辐射的模拟
• 2.2.2 大气透过率与程辐射的模拟
• 2.2.3 干扰面源的模拟
• 2.3 本章总结
• 第3章 跟踪算法的设计与实现
• 3.1 带干扰的红外成像特点与跟踪难点
• 3.2 跟踪算法的调研
• 3.2.1 常用跟踪算法分类
• 3.2.2 MeanShift 算法与 Camshift 算法简介
• 3.3 本文采用的跟踪算法设计
• 3.3.1 直方图的快速 Mean Shift 聚类
• 3.3.2 更新直方图中的目标通道
• 3.3.3 双后向映射
• 3.3.4 自适应获取尺度信息
• 3.3.5 算法总结
• 3.4 跟踪实验结果与结论
• 3.4.1 仿真平台下的跟踪结果
• 3.4.2 实拍红外成像的跟踪结果
• 3.4.3 公共测试序列中的跟踪结果
• 3.4.4 与其它常用跟踪算法的比较
• 3.4.5 本章总结
• 第4章 干扰方式的研究与仿真平台的整合
• 4.1 干扰方式的研究
• 4.1.1 干扰方式的分类
• 4.1.2 主动干扰方式的选取
• 4.2 仿真程序的基本概况
• 4.3 界面设计
• 4.3.1 红外视窗
• 4.3.2 自然光视窗
• 4.3.3 坐标视窗与数据显示窗口
• 4.4 基本功能设计
• 4.4.1 跟踪算法的整合
• 4.4.2 干扰方式的整合
• 4.5 仿真设计
• 4.5.1 仿真周期
• 4.5.2 仿真结果的存储系统
• 4.5.3 节约型仿真
• 4.6 本章总结
• 第5章 结论与前景展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果