在一些关键的**和民用红外成像应用领域,待突破的技术瓶颈往往都集中在红外弱小目标检测技术上.简介了红外弱小目标检测的含义和在**、民用方面的意义,重点综述了目前红外弱小目标检测的各类典型算法原理和特点,最后对红外弱小目标检测技术的研究和发展趋势进行了预测.

利用地物光谱仪采集了晴天条件下典型地物在 380～1100nm的光谱反射率,并利用经过定标后的CMOS相机采集典型地物不同时段的可见光、近红外图像,结合相机辐射定标结果和地物目标的反射率建立了可见光、近红外图像灰度值的映射关系,且对简单场景进行图像分割,并通过查找表快速将可见光图像转化为近红外图像.建立了太阳辐射模型,在反演精度要求不是很高的条件下,可以反演一天内任意时刻的近红外图像.仿真结果表明,本文方法可生成真实感较好的近红外图像,为后续的各时段、各种天气条件及多种地物的近红外场景仿真奠定基础.

针对海面红外图像中出现的海面杂波和孤立噪声点的问题,采用了一种将空间域的滤波结果在时间域进行二次滤波的方法,实时地检测海面图像中的小目标.在空间域上,根据海面杂波具有一定方向性的特点,设计了 4种方向的结构元素分别进行形态学运算来抑制海面杂波,再使用均值融合准则进行融合.在时间域上,利用目标在帧间的运动具有连续性而噪声点不具有该性质的特点,采用均值加权滤波的方法来滤除孤立噪声点,最后使用自适应门限分割检测出小目标.实验结果表明,本文算法在复杂海面环境下,能有效地抑制海面杂波和孤立噪声点的影响,减小虚警率,是一种有效的海面小目标检测方法.

针对具有倾斜的遥感图像的自动配准问题,提出一种增强自动配准方法.该方法首先应用最大极值稳定区域(Maximally Stable Extremal Regions,MESR)特征的仿射不变性结合匹配能力较强的 SIFT(Scale Invariant Feature Transformation,SIFT)描述子进行粗匹配,初步校正倾斜图像的空间变换;然后利用 Harris-Laplace(H-L)在图像旋转、光照变化条件下能最稳定的提取 2维平面特征点和在 3维尺度空间中能最稳定高效地提取特征点的特性结合随机一致性检验(Random Sample Consensus,RANSAC)方法进行精匹配.通过实验分析证明,与 SIFT配准方法相比该方法能够对倾斜的遥感图像实现更精确的自动配准.

提出了一种基于剪切波变换的背景预测算法用于红外小目标的检测.对原始图像进行剪切波变换,获得原始图像的多尺度和方向的细节特征.然后,对低频子带进行中值滤波,去除残留目标.对高频子带,根据其均方误差来调整权重系数,抑制目标和噪声.将反变换后得到的背景预测图像和原始图像进行差分,采用一种基于双窗口的邻域差分方法进行分割,最终实现目标检测.与小波变换法和双边滤波法比较,基于剪切波变换的方法对小目标的检测有较好的效果.

以红外热监控技术在森林火警中的研究为背景,针对森林红外热图像低对比度、噪声大的特点,提出了用傅里叶变换理论对森林红外图像增强.分别用理想低通滤波器、巴特沃斯高通滤波器和同态滤波器对图像做了增强.结果对比后得出,同态滤波克服了低通滤波和高通滤波的缺点,图像细节和对比度得到明显增强.并进一步优化了同态滤波器中的指数型滤波函数,仿真结果表明,优化后的指数型滤波函数对森林红外图像有更好的增强效果,能提供更满意的图像.

结合非下采样轮廓波变换( NSCT),提出了一种红外图像改进非局部均值滤波算法( Improved Non-local Means Filtering,INLMF).该算法首先对红外噪声图像进行多尺度 NSCT变换,其次分别从相似图像块自适应划分方法以及滤波权重计算方法 2个方面对经典非局部均值滤波算法进行适当改进,将改进后的非局部均值滤波算法( INLMF)应用于处理高频分解系数,然后将滤波后的高频分解系数与低频分解系数进行重构,得到去噪后的图像,最后对去噪后图像采用非负支撑域有限递归逆滤波(Non-negativity and Support Constraints Recursive Inverse Filtering,NAS-RIF)算法进行图像复原,以尽可能消除因滤波造成的图像失真.测试结果表明,本文算法滤波效果优于 NLMF及其已有的改进算法.

为了减少复杂红外图像中平滑背景边缘的影响,将具有各向异性特性的 PM扩散模型应用到红外弱小目标检测,提出了空间自适应卷积核滤波检测算法,并对扩散系数进行了优化.针对模型中扩散参数难以确定的问题,提出了一种利用 Sobel边缘检测算子估计扩散参数的方法.滤波后采用信噪比(SNR,Signal Noise Ratio)和接受机工作特性(ROC,Receiver Operating Characteristic)曲线进行性能评价,实验结果表明,与 PM扩散模型滤波和中值滤波相比,该算法有效抑制了边缘,大大提高了信噪比,提高了检测概率,降低了虚警概率,具有更好的性能.

气溶胶化学组成复杂,对硫酸盐含量进行定量分析时,基体干扰不明确,标准加入法具有可以消除基质效应的特点,而红外光谱具有测量速度快,操作简单等优势,因此实验利用标准加入法与红外光谱相结合的方法对气溶胶中 SO42－的含量进行测量.在 SO42－的标准加入量为 0～0.3636 mg·mL－1范围内时,标准加入量与吸光度值之间线性关系良好,相关系数为 0.974,回归方程为 A＝0.4720 m.利用差谱技术对回归方程系数进行了验证实验,准确率为 98.5%,同时对已知 SO42－含量的气溶胶加标样品进行回收率实验,平均回收率为 99.56%.实验结果说明此方法有效的消除了基质效应对 SO42－定量分析的影响,为以后快速、实时测量气溶胶中硫酸盐含量建立了基础.

通过置换反应在金属铝表面制备了表面没有任何保护剂且具有红外增强作用的铜岛膜,用扫描电子显微镜( SEM)、X射线衍射( XRD)和表面增强红外光谱对其形貌和性质进行表征.结果表明:铝片上沉积出的铜呈岛状结构,铜岛膜由二次铜粒子和一次铜粒子通过密堆积的方式构成;首次发现具有这种特殊结构的铜对吸附于其表面的有机分子的红外吸收光谱有较大的增强作用,使得表面增强红外光谱可以用于痕量分析、检测.

红外成像系统性能评价是红外成像系统总体技术的重要组成部分.在对红外成像系统各单项性能评价模型分析比较的基础上,对国内外几种典型的红外成像系统综合性能评价模型进行了比较研究,并重点对传统和修正的点源、面源红外成像系统作用距离方程进行了相关探讨,这为红外成像系统的性能评价提供了可靠的理论基础.

由于滚仰式导引头的结构特殊性,制导控制系统需要的视线角速率信息是不能够直接测量得到的,因此提出了一种基于跟踪微分器的视线角速率提取方法.根据滚仰式导引头的结构特点,分析了滚仰式导引头的运动学原理,并根据滚仰式导引头的结构推导出视线角与弹体姿态角、框架角和失调角的关系,然后设计了有限时间收敛跟踪微分器求解视线角速率信息.经数字仿真,对比了直接差分法和跟踪微分器法对视线角速率的提取效果,证明了利用跟踪微分器提取视线角速率的有效性.

以巡飞攻击导弹红外成像导引头为研究对象,综合考虑冲击、振动两种主要的力学环境,以减振器静弹性模量为变量,根据冲击、振动环境设计要求确定约束条件,结合弹体提供给导引头的空间尺寸,设计适合本导引头的橡胶减振器.利用 ANSYS Workbench有限元分析软件,通过计算导引头在带减振情况下的固有频率及探测器加速度响应的均方根值,对减振器进行减振效果分析,并根据计算结果对减振器参数进行调整.设计出了一种既具有缓冲效果又具有隔振效果的橡胶减振器,使导引头能满足弹体的动力学环境要求,为今后类似结构的缓冲、减振设计提供借鉴.

卫星姿态变化时,静态红外地平仪的成像面与地平圆之间的夹角也会随着变化,因此会造成地平圆在地平仪成像面上成像的变化,进而导致地平仪大角度测量误差增大.为解决此问题,建立了随卫星姿态变化时地平圆在静态外红地平仪成像面上的成像模型,通过 STK仿真对该模型进行验证,并给出了一种基于该模型的地平仪测量误差校正的方法,为卫星姿态测量与控制提供补偿和精度保证.

以同一品种同一批次玉米单倍体和多倍体个体种子为研究对象,基于近红外光谱定性分析技术,分析研究了用漫透射光谱测量方式采集光谱时,不同光照强度和光阑孔径得到的光谱曲线质量以及对玉米单倍体种子鉴别结果的影响.光谱数据经过预处理后,采用 PLS＋OLDA特征提取算法,应用 SVM建立玉米单倍体鉴别模型.分别统计多种不同实验条件所测数据建立的鉴别模型的正确识别率.结果表明,光阑孔径的大小影响光谱曲线信噪比,越接近玉米籽粒大小的孔径获得的光谱曲线越平滑;光照强度影响光谱曲线有效性,光照越强,波形峰谷差值越大,识别率越高.选择较高的光源强度和适合种子大小的光阑,可以得到高质量的光谱曲线,以此建立的玉米单倍体鉴别模型,识别率达到了 100%.

为了研究近红外光谱技术预测再造烟叶原料烟梗中烟碱(Nic)、总糖(Ts)、还原糖(Rs)及氯(Cl)含量的可行性,以上海薄片S、广东薄片烟梗原料及混梗原料等 130个样品的近红外光谱结合偏最小二乘法建立以上 4种常规化学组分的近红外漫反射模型,并对模型的预测效果、稳定性及准确性进行评估.结果表明:①烟碱、总糖、还原糖及氯模型的校正均方差( RMSEC)与预测均方差(RMSEP)接近且均较小,模型预测的相关系数( Corr.Coeff.)均在 0.97以上.烟碱、总糖、还原糖及氯预测平均相对方差分别为 3.47%、1.23%、1.31%和 2.34%.②模型通过检验,发现模型的 RMSEP/RMSEC接近 1且其 RPD值均大于 3,表明近红外定量分析结果准确、可靠与流动分析法无显著性差异.