星载红外多光谱运动目标探测杂波抑制方法研究

Infrared (IR) imaging detection system obtained the image sequences in which target is small and dim feature with submerged cluttered background for moving target detection at long distance, and low contrast and low SCR (signal-to-clutter) with no shape and texture information, which leads to detect target difficulty.In order to improve detection performance for dim and small targets, the project obtains spectral discrepancy (such as Median-wave IR, Long-wave IR) betwwen targets and cluttered background in terms of acquired image sequences by using multi-spectral imaging technique, and geometric multi-resolution analysis is used to integrate representation between target enhancment and cluttered background suppression, which provides method from which spatial domain be converted into different subbands domain, and then, topological derivative method is used to detect and quantify false target caused by contour of clutter on local patch in different geometric resolution subbands, and multi-spectral and different geometric resolution domain information is fused by means of graph cut method to suppress cluttered background and enhance dim small target signal effectively.The results of the project provides a effective technological approaches for improving detection and recognition performance of IR imaging system, and can be extended other spectrum bands to detect targets at long distance (such as hyperspectral, millimeter-wave and SAR).

对于复杂环境下星载平台探测中，红外成像系统输出的是淹没在背景杂波中的目标图像，其对比度和信杂比都很低，且目标小而缺乏形状和纹理信息，以致很难探测。这是一个亟待解决的高难课题，为突破这一技术难题，本项目利用目标与背景杂波多光谱（如红外中波、长波）特征之差异，以红外多光谱成像探测系统获取的图像序列为研究对象，采用几何多分辨分析理论进行杂波抑制和目标增强方法的研究，将空间域处理扩展为光谱域不同几何分辨率子带上操作的方法，并在不同子带Patch片上采用拓扑微分方法检测和量化由场景轮廓引起的虚假目标，然后借助图切方法进行多光谱和子带域信息融合处理，便可有效地抑制背景杂波，增强弱小目标信号。本项目成果可为提高星载红外成像系统的探测识别弱小目标的性能提供一条新的有效技术途径，并可推广到其他波谱段（如高光谱、毫米波、SAR等）的远距离探测技术中。

对于复杂环境下星载平台探测中，红外成像系统输出的是淹没在背景杂波中的目标图像，其对比度和信杂比都很低，且目标小而缺乏形状和纹理信息，以致很难探测。这是一个亟待解决的高难课题，为突破这一技术难题，本项目利用目标与背景杂波多光谱（如红外中波、长波）特征之差异，以红外多光谱成像探测系统获取的图像序列为研究对象，在不同谱段Patch片上采用拓扑微分方法检测和量化由场景轮廓引起的虚假目标，并采用几何多分辨分析理论进行杂波抑制和目标增强方法的研究，然后借助图切方法进行多光谱和子带域信息融合处理，便可有效地抑制背景杂波，增强弱小目标信号。主要完成的研究工作为：（1）建立了典型目标和背景杂波多光谱成像模型。（2）分析了杂波虚警产生机理，并对其进行了量化表达。（3）设计了基于多光谱特征融合和几何多分辨分析理论的背景杂波抑制方法。项目通过研究得到的结论：（1）通过分析目标与杂波的光谱辐射特性可知，目标与背景相关性不强，红外目标往往是局部亮度最高的像素点，与背景有着明显的梯度值，且红外小目标在红外图像上具有高斯分布特点，而背景呈连续分布，为非平稳的Markov过程。（2）通过基于patch的拓扑微分方法对所估计背景图像的平滑程度进行约束，实现对不同谱段图像的强边缘进行有效抑制。（3）通过基于图论优化的多光谱特征融合方法对多谱段、几何多尺度图像进行有效融合，改善背景抑制效果的同时增强目标图像。（4）使用大量低信噪比真实红外图像序列对所提方法进行了测试，提出了优化的算法框架及参数。