基于红外偏振成像的目标增强技术研究

摘要

红外成像技术为现代战争中强有力的侦查手段。同时其缺点也较明显:红外图像中目标与背景对比度低，画面一般较暗，信噪比低，边缘模糊，细节纹理较弱，灰度分布集中。而另一方面，随着现代军事伪装技术的发展，传统红外成像难以探测识别伪装后的红外军事目标。红外偏振成像根据景物表面的不同材料、反射或出射偏振特点，成像后能够表征景物的不同偏振特性，加强边缘轮廓特征，在一定程度上够弥补传统红外成像的不足。人造目标与自然背景的偏振差异往往较大，成像后的偏振度图像能够增强具有强偏振特性的目标，在偏振度图像中，具有强偏振特性的目标边缘轮廓清晰，目标与背景对比度高。本文利用偏振成像技术，根据Stokes偏振描述理论，获取偏振多源图像;并结合图像融合技术，融合偏振度与红外光强度图像。融合结果增强了图像信息，加强了目标对比度，从而提高目标发现与识别概率。在偏振成像方面，本文从偏振成像基本原理出发推导不同物质的红外偏振特性，理论说明偏振成像对于目标特性增强的原理，介绍了偏振多源图像的获取与图像预处理方法，利用多尺度的双阈值收缩去噪，分析说明了噪声对偏振成像的影响。在图像融合方面，本文介绍了多尺度分解方法，基于非下采样剪切波变换，提出改进的区域特征匹配融合策略与区域显著性融合方法。首先，运用区域特征匹配的融合规则说明非下采样剪切波分解在多尺度分解中的优势。其次，通过与不同文献中多尺度融合方法的比较与分析，阐述基于非下采样剪切波的区域显著性融合方法在偏振多源图像融合的噪声抑制与信息增强方面的有效性。最后，搭建实验平台进行偏振图像获取与融合实验，从主观与客观评价融合结果。实验结果表明，本文提出的基于红外偏振成像的目标增强技术能够增强目标偏振特性，信息熵、图像对比度等都有显著提高，对目标的发现与识别具有重要意义。此外，尝试了偏振可视化融合实验，结合人眼视觉特性，在YUV色空间进行伪彩色融合。

目录

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致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．3 论文各章节安排

第2章 红外偏振成像技术

2．1 光的偏振态描述

2．2 红外偏振成像特性

2．2．1 红外成像偏振计算

2．2．2 金属与介质的偏振分析

2．3 红外偏振多源图像的获取

2．3．1 偏振序列图像的获取

2．3．2 偏振的Stokes向量描述

2．3．3 红外多源图像的计算

2．4 红外偏振图像的预处理

2．4．1 图像配准

2．4．2 图像去噪

第3章 偏振多源图像的融合增强理论

3．1 图像的多尺度分解

3．1．1 图像的金字塔变换

3．1．2 图像的小波变换

3．1．3 图像的小波包变换

3．1．4 非下采样轮廓波交换(NSCT)

3．1．5 基于非下采样的剪切波变换(NSST)

3．2 基于多尺度区域特征匹配的融合策略

3．3 基于多尺度分解的区域显著性融合策略

3．3．1 图像显著性分布权重(SWM)

3．3．2 基于NSST变换的显著性融合规则

3．4 图像融合的评价方法

3．4．1 图像质量的主观评价

3．4．2 图像客观质量评价方法

第4章 基于偏振成像的目标增强实验

4．1 偏振多源图像的获取

4．2 多源图像的多尺度区域特征匹配融合

4．2．1 人眼视觉主观评价

4．2．2 图像质量客观评价

4．3 基于NSST变换的显著性融合

4．3．1 人眼视觉主观评价

4．3．2 图像客观质量评价

4．4 偏振可视化融合

第5章 总结与展望

5．1 本文主要完成的工作

5．2 展望

参考文献

硕士期间发表论文情况