1 华中光电技术研究所，湖北 武汉 430223
2 湖北久之洋红外系统股份有限公司，湖北 武汉 430223
系统性地分析了红外点目标探测系统的作用距离理论模型。通过建立大气分层模型，结合MODTRAN模型计算了中波红外光和长波红外光在典型大气条件下的透过率。两者计算结果的对比数据可为红外探测系统设计中的波段选择提供参考依据。通过对目标红外辐射强度的理论模型进行分析，计算了几种典型目标在不同波段的红外辐射强度，为系统作用距离的指标论证提供了支撑。从红外图像噪声的概率密度分布函数出发，推导出了图像信噪比与系统检测概率及虚警概率的理论公式，为检测门限设置提供了参考依据。红外点目标探测系统的作用距离理论模型分析结果对于提升红外探测系统作用距离指标论证的可信度和系统参数设计的合理性具有非常重要的理论支撑作用。
红外 点目标探测 探测距离 理论模型 infrared point target detection detection range theoretical model
1 中国科学院上海技术物理研究所智能红外感知重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 上海航天技术研究院, 上海 201109
针对前照式CMOS可见光探测器填充因子小于1而引起的点目标在像面成像时输出能量随位置波动的问题,搭建了像元内响应测试系统。根据像元内部设计结构建立了在亚像素尺度上表征响应分布的像元内响应模型。使用两个不同半径的小孔对可见光探测器中的4个像元进行了测试。移动小孔的位置,记录小孔成像在像面不同位置时像元输出的响应值,使用拟合方法对像元内响应函数及点目标能量的高斯函数的半峰全宽进行了解算。实验结果表明,通过求解探测器的像元内响应函数,可对像元内灵敏度的空间分布特征进行描述。该测试与解算方法可为同类型探测器响应的微观表征提供有益参考。
探测器 像元内响应 点目标探测 天文观测
1 上海海事大学 信息工程学院,上海 201306
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像技术实验室,上海 200083
基于时间延迟积分的红外点目标探测系统在推扫成像过程中会受到速度失配的影响导致点目标的探测性能降低.基于调制传递函数的传统频域建模分析方法由于缺少相位传递函数的介入, 无法对目标探测性能的影响进行有效分析.为了解决该问题, 采用成像系统的点扩散函数以及线扩展函数建立了成像系统的速度失配模型, 并对速度失配对目标检测系统的影响进行了研究.模型理论计算以及实际成像实验结果表明, 当时间延迟积分级数为8级, 速度失配量ΔV/V=25%时, 点目标能量响应均值下降50％, 当速度失配达到ΔV/V=12.5%时, 点目标能量响应均值下降30％.研究结果可为后续红外时间延迟积分成像系统的设计提供参考.
红外成像系统 点目标探测 时间延迟积分 速度失配 Infrared imaging system Point target detection Time delay intergration Velocity mismatch
在点目标探测模型中，目标的形状纹理信息丢失，可用特征少，背景杂波对目标检测造成严重干扰。传统分块方差统计法会引入背景低频波动，使杂波偏大，而且杂波度量值随分块单元尺度变化较大。本文提出一种基于匹配滤波的杂波量化改进方法，首先以点目标像斑分布为模板，对背景图像进行匹配滤波，得到互相关矩阵；然后将高相关性区域标记为杂波重点区域，计算方差作为局部杂波，取局部杂波的均方根作为全局背景杂波。该方法突出了对空间杂波区域的选择性，能有效降低背景低频波动和传统分块尺度对杂波的影响。对遥感图像样本进行杂波量化和点目标检出仿真，结果表明本文方法对杂波统计尺度有很好的稳定性，杂波量化与探测率的相关性高于传统方差统计方法。
杂波量化 点目标探测 像斑分布 匹配滤波器 探测率 clutter assessment point target detection speckle distribution matching filter probability of detection
北京工业大学 信息学部 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京 100124
本文面向空间点目标探测, 设计了基于高灵敏度CMOS传感器的空间点目标探测系统。首先对CMOS传感器图像进行降噪, 提高传感器的探测灵敏度; 其次, 采用DSP+FPGA嵌入式架构, 设计了基于星图匹配信息构建的点目标探测算法, 并详细介绍了算法原理和步骤。最后, 采用电子星图模拟器对该探测系统进行测试。结果表明: 该嵌入式系统具备1 024×1 024@20p格式视频的实时处理能力, 可以探测6等星。当信噪比大于6, 视轴指向误差小于1°时, 对于不同运动速度、不同尺寸点目标均能准确探测, 识别正确率接近100%。综合而言, 该空间点目标探测方法的计算精度高、适应性强、可靠性高, 能够应用于空间点目标的有效探测。
CMOS传感器 点目标探测 星图匹配 嵌入式系统 CMOS sensor point target detection star map matching embedded system
为了验证时-空过采样系统对点目标探测的优越性，设计了红外点目标成像仿真及实验系统，研究并验证了时-空过采样获得的点目标图像形状、能量分布特点。首先，对比分析了时-空过采样系统与常规采样系统对点目标扫描成像原理; 然后，对时-空过采样系统成像过程建立模型，通过仿真研究该系统对点目标的成像特点; 最后，设计红外点目标成像实验并对实验数据进行分析。仿真及实验结果证明了时-空过采样克服了单采样对点目标成像能量分散的问题，图像信噪比至少提高2倍以上，且验证了经时-空过采样后，点目标像素之间具有特定的相关规律。利用时-空过采样的点目标成像特点，可为点目标的快速检出提供有利条件。
时-空过采样 红外点目标探测 扫描成像 Temporal-Spatial Oversampling infrared point target detection scanning imaging 红外与激光工程
2015, 44(10): 3124
1 哈尔滨工业大学 空间光学工程研究中心, 黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国空间技术研究院总体部, 北京 100094
为了提高扫描成像系统对于点目标的探测性能, 提出了时－空过采样点目标探测体制, 并对其进行了目标检测性能分析.首先, 分析了单采样体制在点目标探测中易存在跨像元导致的目标能量分散问题, 以及探测器随机高强度噪声及空间质子流尖峰信号导致的虚警问题; 然后, 提出了用于点目标扫描探测的时-空过采样体制.最后, 基于图像信噪比对相同光学系统下单采样和时－空过采样系统的目标检测性能进行了比较分析.分析结果表明, 通过采样方式能够实现目标能量集中到一个像元, 保证了图像信噪比需求.通过高分辨率融合使得目标尺度大于噪声及尖峰的尺度, 目标尺度最大扩展至3×3像元, 基于目标空间相关的处理可以有效降低了虚警, 提升系统检测性能.
扫描成像 时－空过采样 单采样 点目标探测 scanning imaging temporal-spatial over-sampling single sampling point target detection
