复杂海洋环境中弱小目标红外辐射特性研究及图像仿真.DOC

复杂海洋环境中弱小目标红外辐射特性研究及图像仿真□ 林逸平 许开宇 （上海海事大学信息工程学院 上海 200135） 摘 要：弱小目标检测是当今研究的热点问题之一。分析目标背景红外特性，进行红外仿真可作为弱小目标检测算法的研究基础并为目标检测算法研究构造仿真平台。本文在建立弱小目标热模型的基础上，考虑了海面背景的辐射模型以及红外辐射的大气吸收模型，进而计算弱小目标的红外辐射及大气衰减量，最终可获得经过大气衰减的弱小目标红外仿真图像,取得了较好的效果。 关键词：弱小目标，海面背景，红外辐射，红外仿真 中图分类号：TN219；TP319.9 文献标识码：A Research on infrared radiation characteristics of the small target in the complexity of the marine environment and image simulation Xu Kai-yu，Lin Yi-ping Abstract：Small target detection is a hot issue in todays research.Based on the infrared analysis of the background and the target characteristics,the infrared simulation can be used as small target detection also as the target detection simulation platform structure.Based on the thermal model of a small target ,the sea background surface radiation model and the atmospheric propagation model of infrared radiation is discussed in this paper. Then, the infrared radiation , the atmospheric transmission rate of a small target is calculated. In the end , the infrared image simulation of a small target including atmosphere transmission is obtained, and it achieves good result. Keywords： infrared image simulation1□引言 目前海上搜救大都还停留在使用多个常规搜寻设备联合搜寻，依靠人工视觉进行判断的阶段。搜救人员在逆光观测、夜间观测、小目标检测、海浪环境和长期观测中，很难发现被搜寻的弱小目标，延误救助时间。海上遇险船筏和遇险人员的搜救成为当今研究的热点问题之一。 所以，在海上搜救方面借助机器视觉技术补充现有的搜救设备是有新意的研究方向。我们知道在被动红外探测中是根据目标和背景的红外强度的对比度来寻找目标的，这就需要建立一个完整的目标红外特性分析方法，研究各种海况、天气下的红外图像的特点，然后提出目标检测算法。本文根据海洋环境和目标的红外辐射特性，建立红外复杂海洋环境中弱小目标的红外仿真图像，为实验室中进行该类目标检测算法研究构造仿真平台和建立研究基础。 红外成像仿真是根据目标的红外辐射特性,采用合适的数学模型,用计算机算出红外目标的热辐射,然后通过量化等手段,将辐射数据转换为亮度来显示的一种技术。 生成一幅模拟红外图像,主要涉及以下几个步骤:1) 由目标的物理模型计算目标的红外辐射分布；2) 按照目标与探测器间的大气条件,计算目标红外辐射大气传输过程中的衰减,即大气衰减；3) 模拟红外探测器的特性,做光电转换仿真,生成红外图像。 2□目标及背景红外模型 2.1□红外辐射的基本理论 简单的说, 红外辐射是位于红外波段内的热辐射。对于理想的黑体而言, 其红外辐射的基本规律可归结为: 普朗克定律、维恩位移定律和斯蒂芬- 玻耳兹曼定律。 普朗克定律揭示了黑体辐射能量按照波长分布的规律, 其数学表达式为: Mλ= (1) = （2）: λ是波长（μm）T表示黑体的绝对温度（K）c是光速（m/s）KB是波尔兹曼常数（J/K）,C1 是第一辐射常数, 其值为C1=2πhc2=3.7415×108(W·μm4