地物背景下目标红外偏振特性与图像增强技术研究

作     者：于洁 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巩蕾;杨大峰

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：红外偏振 偏振成像 特征提取 偏振融合 地物背景 

摘      要：红外探测技术具有可全天候工作、作用距离远、抗干扰能力强等优点,在军事作战领域有广泛应用。但对于低发热或不发热目标,如无人机、静止车辆等,其目标与背景温差较小,红外特征不明显导致采用传统的红外探测技术难以准确识别目标。因此,如何从复杂背景中有效探测微弱目标是当前急需解决的热点问题。红外偏振探测技术基于目标与背景的偏振特性差异,能提供不同于强度、光谱之外的“新维度信息,从而为复杂背景中目标的探测识别提供了有效的解决途径。本文旨在对地物背景下目标红外偏振特性与图像增强问题展开系统研究,围绕偏振特性建模中与实际微面元不符,目标与背景的偏振特征融合不够深入等问题,从物理机理出发进行红外偏振特性建模,对目标红外偏振辐射场景模拟仿真,并结合红外偏振成像技术将红外和偏振信息进行融合三个方面展开研究。具体内容总结如下:1、针对偏振特性建模中几何衰减模型的相邻面元与实际面元不符问题,基于镜面反射和漫反射,提出了目标表面的二分量pBRDF模型,推导出目标的红外偏振度计算模型。通过数值结果分析了多个因素对目标涂层偏振特性的影响。结果表明:目标表面的粗糙度越大,由粗糙度引起的遮蔽阴影效应越明显,对应目标的红外偏振度越小;目标涂层的环境辐射与其偏振度呈负相关。2、针对地物目标红外特性仿真较少考虑偏振因素的问题,基于红外辐射理论和偏振度模型,分别对不同地物目标的红外和偏振特征进行模拟。利用3Dmax建立坦克及汽车的几何模型,进而通过Matlab编程进行消隐判断、坐标变换以及红外辐射及偏振度的可视化显示。分别讨论了坦克和汽车的红外辐射及偏振仿真图像在目标红外信息凸显方面的差异。结果表明:与红外辐射强度图像相比,红外偏振图像对比度和细节轮廓信息更明显,故需对目标的偏振特征图像进一步分析。3、针对地物背景与目标红外偏振特征融合不够深入问题,基于红外偏振成像原理,采用被动式分时红外偏振成像系统,对不同地物背景下目标的红外和偏振图像进行采集、预处理及增强。基于Stokes矢量法对目标与背景的偏振度图像分别进行提取,并采用直方图归一化分析两者之间的偏振度差异。采用两种融合算法,对红外图像和偏振度图像进行融合,并通过主客观评价指标对结果进行评价。融合后的主客观评价指标相比融合前有较大提升,实现了目标图像的融合增强。