基于复杂背景的星载红外舰船目标识别方法研究

The method of spaceborne infrared ship target recognition in the cluttered background aims at modeling and analysis of ship target characteristics, study of ship target imaging model, pre-processing, image segmentation and recognition theory and method of the remote sensing infrared images based on complex background . As the spaceborne infrared images have the characteristic of low SNR, low contrast and easily influenced by the weather, light, sea, cloud background, a satellite-borne infrared target recognition theory is expected to develop. An innovative method of sea land segmentation by the statistics of power spectrum based on block combined with region growing method, background suppression by the revised TOP_HAT filter operator united with significance method is adopted. And the measured long-wave infrared images are employed to verify the relevant method and provide the guidance for the engineering applications.

复杂背景的星载红外舰船目标识别方法旨在通过对红外遥感图像舰船目标特性进行建模和分析，研究复杂背景下红外舰船目标成像模型、预处理、图像分割与识别理论和方法。针对星载红外图像低信噪比、低对比度以及易受天气、光照、海况、云背景影响的特征，建立星载红外目标识别理论。创新性地采用基于分块的功率谱统计结合区域生长方法进行海陆分割，修正的TOP-HAT滤波算子结合显著性方法进行复杂背景抑制，并基于实测长波红外图像对相关方法进行验证，为工程应用提供方法指导。

红外传感器由于受到大气、海洋热辐射以及探测器噪声等因素影响，因此舰船目标在红外图像上呈现为低信噪比的小目标。如何在复杂的背景环境下进行红外舰船识别是一个难点问题。本课题重点对红外遥感图像舰船的目标成像模型与特性、基于复杂背景的海陆分割和红外舰船目标预处理等三个方面的内容展开了深入的研究。取得的重要研究结果和科学意义如下：. （1）红外舰船目标成像模型建立与特性分析. 为深入理解红外舰船图像的特性，对其进行了建模分析。对海面背景和舰船目标的发射率、红外辐射的大气衰减及光学系统和传感器造成的能量损耗等各种因素进行了模型建立与全面分析。红外舰船图像的建模和分析其科学意义在于通过建立目标与背景的红外仿真模型，揭示红外目标值与背景环境、大气传输、轨道高度、传感器之间的关系，从而为建立自适应能力强、实用化的舰船目标处理识别理论和方法奠定基础。. （2）基于复杂背景的海陆分割. 对于海陆分界不明显的场合，如海岸区域受到云层遮挡或出现水深较浅情况时，采用传统的如区域生长方法实现海陆分割较为困难。对于上述复杂背景的海陆分割，本课题提出了基于分块功率谱统计、区域生长结合GIS库模板实时定位匹配实现的方法，实现了低信噪比、低对比度以及易受天气、光照、海况、云背景影响的星载红外图像的海陆分割。. （3）基于复杂背景的红外舰船目标预处理. 从红外遥感图像背景噪声严重、分辨率和信噪比低的本质出发，研究了基于复杂背景情况下舰船小目标的增强方法，提出了基于修正的TOP_HAT算子和显著性相结合的背景抑制方法，突出了舰船小目标，实现了基于复杂背景的红外舰船目标预处理。