红外场景仿真技术在**领域具有广泛的应用前景。介绍了红外场景仿真的 3个阶段: 数据准备、辐射计算和后处理; 对各阶段的工作内容和实现途径做了简单说明。按照红外场景仿真技术的发展趋势, 分析了国外在各发展阶段的主要工作, 介绍了国内红外场景仿真概况及笔者目前的工作。最后指出了国内在红外场景仿真方面存在的几个问题。

复杂场景下由背景物体产生的虚警是红外小目标检测中的难点, 在目标信号微弱时问题尤为突出。为了抑制虚警, 提出一种基于局部对比度特征的小目标检测算法。首先, 利用一种新型 Top Hat变换检测出图像中的潜在目标区域; 然后分析潜在目标区域及其邻域特性, 计算本文提出的局部对比度特征; 最后基于此特征提取目标区域。对合成图像和实际红外图像的实验表明, 本算法能有效地抑制背景景物造成的虚警, 取得很高的检测率, 并且对目标强度的变化以及目标所在背景的变化均具有一定的适应性。

脉冲耦合神经网络(Pulse Coupled Neural Network)是基于动物视觉图像形成机制, 用一组数学式表达这种机制的仿生学方法。PCNN的数学表达式中有 7个关键的参数, 而其中的阈值放大系数 VE决定了 PCNN网络中每个像素的分割阈值大小。通过平均阈值算法和 Ostu算法分别计算出图像的分割阈值, 并基于高斯分布模型用数学方法证明了在最小交叉熵时的最佳分割阈值在这 2个阈值构成的区间内, 通过在这 2个阈值构成的区间内搜索新的阈值作为 PCNN的参数 VE的值, 并将此寻优的参数 VE代入改进的 PCNN算法进行图像分割。在计算机上进行仿真实验, 与基于经验值的指数衰减算法比较, 该文算法分割出的兴趣区域清晰、准确, 边缘连接性好, 信息全面, 算法的效率更高, 具有很好的实用性。

为解决尺度不变特征变换( SIFT)算法在图像发生旋转和尺度变化时产生的错误匹配问题, 提出一种新的算法。根据 SIFT提取的关键点信息, 利用正确匹配点对间的旋转不变因子和尺度不变因子来剔除 SIFT误匹配点, 然后对保留下来的特征点进行聚类分析, 对目标图像进行识别判断, 并通过实验将该算法与双向匹配算法和随机抽样一致性算法( RANSAC)进行比较。实验结果表明, 该算法能够有效地剔除误匹配点, 且误剔除率低。剔除误匹配点后再进行图像检索, 图像的漏检率和误检率都大大地降低了。

彩色融合图像在场景深度感知、目标探测识别、减少判断时间等方面优于灰度融合图像, 重点研究了红外与可见光彩色图像融合算法。针对经典的自然感图像融合算法中计算复杂度高、缺乏颜色恒常性问题, 提出基于 YUV颜色空间恒参数颜色传递( CPCT)图像融合算法, 并通过栅栏、山丘、森林和城镇四组实验验证了本文算法在颜色恒常性和算法实时性上有较大改善。

Criminisi图像修复算法的修复步骤由待修复区域的标记、优先权的计算、最佳匹配块搜索与填充和更新置信度 4部分组成。其中待修复区域的标记是进行 Criminisi图像修复算法的基础, 因此合理的标记待修复区域是提高 Criminisi图像修复算法修复效果的有效路径。引入数学形态学对待修复图像进行处理, 即利用腐蚀与膨胀组合, 对待修复区域边缘进行处理, 进而进行 Criminisi图像修复算法操作。实验结果表明经数学形态学处理后的标记可以降低错误信息的累积, 大大提升了图像修复的质量, 具有较高的实用价值。

亚像素图像配准是图像配准技术中的研究热点。常用的亚像素配准算法是相位相关法与拟合方法的结合。针对该方法中存在的时间和精度不能同时达到最优的问题, 提出了基于角度 -平移信号频率估计的亚像素配准算法, 利用相位相关中的交叉功率谱的角度信息构建出了角度 -平移一维信号, 运用 DFT相位差分法准确估计出一维信号的频率, 进而计算出图像间的亚像素平移量。通过在 Matlab下仿真实验, 验证了本文算法在时间和精度上均优于拟合法。

为了提高 DLP投影照明系统中准直部分的准直度并简化准直光路, 采用一种自由曲面的 TIR透镜作为 DLP投影照明系统的准直器件。首先根据空间斯涅耳定律推导出反射曲面以及透射曲面母线上的点的坐标关系, 并采用迭代的方法使用 Matlab软件计算出母线上各个点的坐标并绘制出曲线图形, 然后利用 Pro/Engineer对 TIR准直透镜进行建模得到 TIR准直透镜的模型。分别用理想点光源和扩展光源进行模拟, 经过 TIR透镜准直后光束发散角在±7°以内, 并根据选用的 DMD芯片和 LED光源选择合适的 TIR透镜参数, 建立 DLP投影照明系统后进行模拟仿真, 最终均匀度达到了 90%, 满足了投影照明系统的需求。

介绍了一种紧凑型的半主动激光、红外、雷达三模复合光学系统, 半主动激光、红外光学系统采用折反式光路结构, 雷达系统采用抛物面天线发射接收信号。 3种导引模式共用一个主反射镜, 半主动激光系统与红外系统在主反射镜处光线分离, 雷达波与红外光在主反射镜共口径反射后, 在次反射镜处信号分离, 在紧凑空间内实现了 3种导引模式的融合。

红外热像仪在**领域应用广泛, 为解决其对多类型目标及不同目标与背景环境之间温差条件下探测距离的科学评定难题, 论证了红外标准仿真靶标系统, 并成功研制和应用。系统具有模拟目标种类多、靶元分辨率高、温差控制精度高和系统架设倾角可调等优点。

针对滚仰式半捷联成像导引头难以直接获得精确的视线角速率这一问题, 提出利用弹体姿态角速率、失调角、框架滚仰角等信息解算出惯性系下的视线角的方法。针对解算出的惯性系下的视线角, 通过选择合适的跟踪微分器提取出惯性系下的视线角速率信息。仿真试验表明, 选择合适的跟踪微分器能够在大背景噪声下对惯性系下解算出的视线角连续平滑地微分, 进而可得到精确的视线角速率。

以一种火箭弹红外成像导引头位标器为研究对象, 利用 ANSYS建立了位标器的有限元分析模型并分析了位标器机械结构部分的可靠性, 首先模拟了导引头位标器在极限温度下－10℃和 50℃的热力分析, 然后对位标器进行了模态分析并得到了几种固有频率, 最后根据位标器的冲击要求进行了冲击响应分析, 计算结果表明导引头的机械结构的可靠性满足精度要求。

地面**车辆有诸多热源, 在行驶过程中, 车体与不断变化的地物背景热惯量差异悬殊, 使得车辆与地物背景红外特征存在较大差异, 易被红外成像侦察设备和制导**识别和跟踪。文中提出了通过红外特征隐身、特征示假和特征变化来破坏红外成像探测, 并研究了基于相变温控装置、低发射率光子晶体装置、热源疏导与隔热装置、动态电致变温装置和应急红外对抗装置组成的车辆红外特征控制系统, 经样件试验验证了应用效果明显。

主要研究了近红外光谱技术对成品黄酒中总酚含量快速检测的可行性。针对近红外光谱样本少、非线性等特点, 首次将最小二乘支持向量机( Least squares support vector machines, LSSVM)方法引入到传统遗传算法(genetic algorithms, GA)的波长选择中, 提出一种基于 GA-LSSVM的近红外光谱波段选择方法。该方法采用 LSSVM建立小样本下不同波段的非线性模型, 然后通过 GA算法进行波长的优化选择。应用中, 基于 GA-LSSVM模型的总酚预测集相关系数(Rp)为 0.9734, 预测均方根误差(RMSEP)为 5.5596, 相比于传统方法, GA-LSSVM算法能够较好地提取非线性信息, 预测效果更好。

利用红外热像仪对煤矸石山表面温度进行探测, 通过分析实验数据, 研究观测距离、环境湿度等因素对热红外温度监测的影响。实验结果表明: 观测距离和环境湿度与温度具有极显著的负相关性, 并拟合出距离 -温度曲线和湿度 -温度曲线, 提取出误差比例因子, 利用误差比例因子拟合公式对观测数据进行校正, 以提高观测精度, 误差控制在 10 K左右, 可满足实际温度监测的需求。