红外目标探测

本书从实用性和优选性出发，较全面地介绍了红外目标探测的基本理论与相关算法。全书共分16章，主要内容包括：红外热成像特性分析、红外图像动态噪声抑制技术、红外非均匀噪声抑制技术、红外小目标特性分析、红外小目标自动检测与跟踪的核心框架、红外小目标自动检测与跟踪中的背景抑制、红外小目标自动检测与跟踪中的数据关联、红外小目标自动检测与跟踪具体算法、红外线目标特性分析、线目标自动检测中的背景抑制技术、红外线目标自动检测与跟踪算法、地面红外面目标特性分析、地面红外面目标搜索、地面红外面目标跟踪、红外目标探测硬件系统等。本书可作为高等学校光电专业的基础教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。

陈钱，男，1964年11月出生，党员，教授、博士、博导。教育部“长江学者奖励计划”特聘教授，享受政府特殊津贴。入选首批新世纪百千万人才工程重量人选，是江苏省“333T程”和国防科工委“511人才工程”学术技术带头人。曾荣获教育部首届很好青年教师奖、江苏省第六届青年科技奖、江苏省新长征突击手、江苏省很好青年骨干教师、江苏省高校优选科技工作者及国防科技工业有突出贡献中青年专家、国防科技工业百名很好博士。兼任靠前光学工程学会(SPIE)会员、靠前信息显示学会(SID)会员、中国青年科协委员、总装备部XX专家组成员、国防科工委XX委员会委员、中国光学学会光电技术专业委员会常委、中国兵工学会光电子专业委员会委员、中国兵工学会理事、江苏省激光与光学工程学会理事和江苏省光电技术专业委员会副主任委员。主持国家重大型号、专项、重点预研和基金等科研任务30余项，发表SCI和EI收录学术论文116篇，获国家科技进步二等奖1项，省部级科技一等奖2项、二等奖5项。
钱惟贤，男，1980年2月出生，副研究员、博士。入选教育部新世纪很好人才、江苏省“333工程”人才、江苏省六大高峰人才。

第1章绪论1
1.1红外搜索与跟踪系统的优点1
1.2红外搜索与跟踪系统的功能特点2
1.3红外搜索与跟踪的发展现状5
1.4本书的安排8
参考文献8
第2章红外热成像特性分析13
2.1红外热成像技术发展概况13
2.2红外探测器的主要热探测机理15
2.2.1热电探测器和铁电测辐射热计15
2.2.2热电偶探测器17
2.2.3电阻微测辐射热计18
参考文献19
第3章红外图像动态噪声抑制技术22
3.1红外图像动态噪声特性22
3.2具有细节保护功能的改进型中值滤波器24
3.2.1基于隶属度的中心权值调整24
3.2.2算法的实验结果26
3.3新型图像噪声抑制各向异性扩散算法28
3.3.1基于方向信息测度的非线性扩散28
3.3.2新的非线性扩散方程29
3.3.3算法的仿真结果30
3.4基于运动补偿的红外图像噪声时域IIR滤波算法32
3.4.1时域IIR滤波器33
3.4.2基于噪声分布模型的运动检测33
3.4.3基于概率松弛法的运动区域标号35
3.4.4运动补偿35
3.4.5算法处理结果36
参考文献37
第4章红外非均匀噪声抑制技术38
4.1空域低通时域高通非均匀性校正算法39
4.2高频恒定统计算法45
4.3基于最优化技术的条纹非均匀性校正算法49
参考文献56
第5章红外小目标特性分析57
5.1背景杂波特性分析57
5.2目标特性分析59
5.2.1目标的红外辐射特性59
5.2.2目标几何特性分析63
5.2.3目标成像过程模型64
5.2.4运动特性分析67
5.2.5目标的图像统计特征分析68
5.3小目标探测作用距离分析69
5.4小目标探测作用距离的作战效能分析72
5.5目标与背景的局部相关性及其度量73
参考文献74
第6章红外小目标自动检测与跟踪的核心框架76
6.1红外小目标自动检测与跟踪技术发展现状76
6.1.1先探测后跟踪（DBT）技术76
6.1.2先跟踪后探测（TBD）技术78
6.2本书的小目标自动检测与跟踪框架80
参考文献81
第7章红外小目标自动检测与跟踪中的背景抑制84
7.1背景抑制技术的发展现状84
7.2传统的背景抑制算法86
7.2.1传统的空域背景抑制算法86
7.2.2频域高通滤波方法91
7.3基于背景分类的背景抑制算法93
7.3.1基于复杂度分类的背景抑制算法94
7.3.2基于光流直方图运动补偿算法99
7.3.3基于光流估计的背景抑制算法104
7.3.4基于二维速度矢量直方图的背景抑制算法109
7.4复滤波器组背景自适应抑制算法113
参考文献123
第8章红外小目标自动检测与跟踪中的数据关联127
8.1小目标自动检测与跟踪的贝叶斯框架127
8.2小目标自动检测与跟踪的点迹形成129
8.2.1恒虚警率检测129
8.2.2点迹的特征变量133
8.2.3点迹的建模137
8.2.4多特征观测概率的建模140
8.3航迹的多特征似然概率145
8.4组合滤波技术146
参考文献150
第9章红外小目标自动检测与跟踪具体算法151
9.1小目标自动检测与跟踪波门选择法则151
9.2最大观测概率算法152
9.3多特征PDA算法157
9.4组合滤波最大观测概率算法163
9.5粒子多假设算法167
9.6转移受限粒子滤波算法172
9.6.1粒子滤波器172
9.6.2Mean-shift跟踪算法173
9.6.3Mean-shift粒子滤波算法175
9.6.4我们的算法176
9.7MC_MHT算法181
参考文献183
第10章红外线目标特性分析184
10.1线目标产生机理分析184
10.2线目标作用距离分析187
10.2.1面阵旋转作用距离方程187
10.2.2有效作用距离方程190
10.2.3面阵与线阵的性能比较191
10.3红外线目标的模拟生成192
10.3.1红外场景的模拟生成193
10.3.2线目标的模拟生成193
10.3.3包含线目标的红外场景仿真193
参考文献195
第11章线目标自动检测中的背景抑制技术196
11.1传统背景抑制算法用于线目标自动检测196
11.1.1红外图像噪声抑制196
11.1.2基于面阵探测器扫描搜索系统背景抑制处理思路198
11.1.3基于模板匹配滤波算法198
11.1.4基于形态学的滤波算法199
11.1.5基于中值滤波方法201
11.2面阵探测器扫描搜索系统背景抑制的新方法201
11.2.1最小行间差滤波算法202
11.2.2基于区域统计排序的滤波算法205
11.2.3基于小波变换的滤波算法208
11.2.4基于帧间匹配的滤波算法211
11.3实验比较分析214
参考文献221
第12章红外线目标自动检测与跟踪算法223
12.1基于多算法融合的目标自动检测流程223
12.1.1基于目标头、尾特征检测224
12.1.2单帧目标自动检测实现过程226
12.1.3帧间比较检测实现过程228
12.1.4融合判决229
12.2基于概率分布函数匹配的线目标探测技术233
12.2.1小目标子区域的灰度概率分布233
12.2.2基于概率分布函数匹配的小目标探测235
12.3基于目标特征的多目标跟踪检测技术236
12.3.1多目标跟踪完整过程236
12.3.2基于目标特征的数据关联技术237
12.3.3数据关联与跟踪具体算法239
12.4实验结果与分析239
12.4.1算法融合目标自动检测仿真结果与分析239
12.4.2目标跟踪仿真结果与分析244
12.4.3算法性能分析245
参考文献246
第13章地面红外面目标特性分析247
13.1地面红外目标探测的难点247
13.2地面红外目标跟踪技术的研究现状249
13.2.1地面红外场景图像预处理技术的研究现状分析249
13.2.2地面红外目标搜索技术的研究现状分析251
13.2.3成像目标跟踪技术的研究现状分析253
13.3基于光流的运动区域增强255
13.3.1光流的基本原理255
13.3.2TV-L1光流257
13.3.3快速TV-L1光流262
13.3.4输入图像的预配准264
13.3.5光流的计算框架266
13.3.6基于HSV色彩空间的光流信息融合268
13.4红外序列图像光流估计的并行优化269
13.4.1GPU的简要介绍269
13.4.2CPU-GPU异构计算平台模式270
13.4.3基于CUDA并行优化的TV-L1光流271
参考文献273
第14章地面红外面目标搜索279
14.1红外运动目标的帧内检测279
14.1.1基于连通域标记法的运动区域分割279
14.1.2特征空间的核密度估计281
14.1.3MeanShift算法285
14.1.4结合连通域标记的MeanShift聚类288
14.1.5实验与结果289
14.2红外地面目标的数据关联291
14.2.1红外地面目标的特征291
14.2.2贝叶斯框架下的数据关联技术293
14.2.3地面目标多特征融合的Kalman滤波295
14.2.4航迹管理298
14.2.5实验与结果300
参考文献303
第15章地面红外面目标跟踪305
15.1粒子滤波框架下的目标跟踪305
15.1.1重要性采样305
15.1.2序列重要性采样306
15.1.3粒子滤波的整体流程309
15.2粒子观测概率的估计309
15.2.1主成分分析的基本原理310
15.2.2序列KL变换310
15.2.3主成分分析的概率模型313
15.2.4目标的遮挡判定315
15.3系统状态转移概率的估计317
15.4基于特征子空间的多角点跟踪算法320
15.4.1基于特征子空间的角点描述321
15.4.2角点的跟踪321
15.4.3实验与结果325
15.5粒子滤波框架下的红外地面目标跟踪算法的总体流程327
参考文献328
第16章红外目标探测硬件系统330
16.1硬件处理模块总体框架331
16.1.1硬件组成与信号处理流程331
16.1.2硬件处理电路331
16.2图像处理器群接口总线技术333
16.3多处理器多线程技术339
16.4信号处理关键模块340
16.4.1噪声抑制算法硬件流程340
16.4.2目标头、尾特征检测硬件流程341
16.4.3帧间比较检测硬件流程343
16.4.4单帧检测硬件流程345
16.4.5跟踪模块硬件流程348
参考文献349