空对地场景下的红外目标捕获与识别

【摘要】军事领域中，图像制导一直是一个研究热点。而红外相机由于可以全天候工作，一直得到广泛应用。图像制导过程中，一个关键的问题就是如何从图像中捕获预定的目标。传统的空对地导弹中，很多是由飞行员手动选择目标，然后由图像跟踪系统完成目标的跟踪，以完成制导任务。近年来，随着算法和硬件的发展，对于自动捕获和识别目标的需求日渐旺盛。空对地红外导弹的工作大致分为三个阶段，第一阶段，目标距离很远，在图像中呈亮点状，这一阶段，需要捕获系统捕获图像中的亮点状小目标。第二阶段，目标距离稍近，可以分辨大致形状，这时，要求捕获系统通过形状来识别指定目标。第三阶段，目标很近，充满视场，这时要求识别目标的关键部位。本文对前两个阶段的目标捕获和识别算法进行研究。本文首先分析了现有的常用红外目标捕获和识别算法，并通过实验验证其性能。经过分析和实验发现，传统的红外小目标捕获方法中，Top-hat算子无法滤除图像中的亮线，而且对椒盐噪声较为敏感；传统的基于梯度下降判定的方法方向性过强，在某些情况下会造成较多的虚警；而局部灰度特性判别的方法计算量较大，不适合实时应用。传统形状识别方法中，不变矩计算量小，但容易造成干扰物的目标间的混淆；直接使用神经网络对旋转目标的二值图像进行识别，因为输入维数过高且数据复杂，识别率较低。针对远距离红外小目标的捕获问题，本文提出了一种快速捕获的方法。通过对红外小目标特性的分析，本文分别得到了空域和时域上的对红外目标的判据。利用这种判据，本文设计了一种快速算法，算法首先通过图像的分块和极大值的预选，得到目标中心的可能位置，然后进行局部峰值特性的判定。针对椒盐噪声可能导致的虚警问题，本文提出了一种八邻域第k值的椒盐噪声滤除方法，该方法在目标宽度大于1像素的情况下，能有效滤除椒盐噪声。最后，通过时域上的滤波，进一步滤除噪声造成的假目标。针对中距离的红外目标识别问题，本文提出了一种角度预估的双神经网络识别方法。该方法首先利用积分图像，快速地对图像进行局部自适应二值分割，然后对分割后的图像进行连通域标记。然后使用两个神经网络对各连通域的形状进行识别。第一个网络用于预估目标旋转的角度，第二个网络对使用预估角度反向旋转的目标进行识别。利用角度预估网络对非目标输出杂乱的特性，在识别物进入第二个网络之前预先滤除一部分负例。针对实际应用中样本一般较少且不完全准确的情况，本文提出了一种边缘随机生长消去的样本生成方法，使得在模板较少且不准确的情况下，识别精度仍能保持较高。
【作者】薛松；
【导师】韩广良；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，机械电子工程，2013，硕士
【关键词】目标捕获；目标识别；局部梯度；神经网络；

【参考文献】
[1]代自强.氨基与金改性碳纳米管检测六氟化硫分解组分的气敏特性研究[D].重庆大学,电气工程,2014,硕士.
[2]王立娥.中学教师对课堂自主学习认识现状的调查分析[D].山东师范大学,教育学原理,2003,硕士.
[3]孙继伶.基于项目管理理论的首钢员工培训体系的构建与实施[D].东北大学,项目管理,2009,硕士.
[4]杨艳.有线性相位的八进正交小波[D].湖南师范大学,计算数学,2014,硕士.
[5]彭瑶.基于GIS的农村土地适宜性评价及其在规划中的应用研究[D].南京农业大学,环境科学,2013,硕士.
[6]徐玮澴.消费者撤回权研究[D].复旦大学,民商法学,2012,硕士.
[7]陈望成.心理资本对销售人员组织承诺影响的实证研究[D].江西财经大学,企业管理,2013,硕士.
[8]李满宏,张小俊,张建华,张明路.面向给定轨迹的六足机器人多足协调控制[J].华中科技大学学报(自然科学版),2015,04:32-37.
[9]张帆.我国房地产上市公司的绩效评价研究[D].石家庄经济学院,企业管理,2013,硕士.
[10]颜跃进.最大频繁项集挖掘算法的研究[D].国防科学技术大学,2005.
[11]张利勇.周至任家城黄土边坡稳定性评价及监测预警研究[D].长安大学,地质工程（专业学位）,2014,硕士.
[12]张佩思.缺陷对LiBH_4·NH_3结构和储氢性能的影响[D].河北师范大学,物理化学,2014,硕士.
[13]郭文鑫,廖志伟,文福拴,何祥针,彭飘,梁俊晖.计及警报信息时序特性的电网故障诊断解析模型[J].电力系统自动化,2008,22:26-31.
[14]王力群.过渡金属（双）氢氧化物基电极材料制备及其超级电容器性能研究[D].兰州理工大学,2014.
[15]陈刚.非定常气动力降阶模型及其应用研究[D].西北工业大学,飞行器设计,2004,硕士.
[16]王守庆.公路货运通道梁式桥冲击系数研究[D].北京交通大学,2014.
[17]廖舒欢.“对于、关于”的研究及教学设计[D].吉林大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[18]蒋文栋.数字集成电路低功耗优化设计研究[D].北京交通大学,2008.
[19]林常有.鸭MHCⅠ类分子cDNA克隆及其基因组结构[D].中国农业大学,预防兽医学,2004,硕士.
[20]张国.徐特立教育思想对新时期高校学生工作的启示[J].山西大同大学学报(社会科学版),2014,04:85-87+105.
[21]胡孝利.陕西省九大灌区信息化系统设计[D].西安理工大学,水利工程,2003,硕士.
[22]康鹏.乌伦古坳陷石炭纪火山岩岩相学特征及其构造环境分析[D].中国矿业大学,矿产普查与勘探,2014,硕士.
[23]吴志坚.并联型有源电力滤波器谐波检测与补偿方法研究[D].西南交通大学,电气系统控制与信息技术,2014,硕士.
[24]唐甜甜.《金瓶梅词话》颜色词计量研究[D].苏州大学,汉语言文字学,2014,博士.
[25]罗芳.数学建模教育与高职数学教育改革研究[D].湖南师范大学,教育,2004,硕士.
[26]徐鑫.双峰数据模型和高尔顿钉板试验的模拟及其在Excel中的实现[D].云南师范大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[27]韩继鸿.回顾与思考——纪念晶体管发明四十周年[J].半导体情报.1988(02)
[28]韩笑.纯电动公交车充电站运营规划及仿真[D].北京交通大学,2010.
[29]王爽.3-TPS混联机床运动学动力学及仿真研究[D].东北大学,机械制造及其自动化,2009,硕士.
[30]王玮蔚.蛋白核小球藻碳酸酐酶基因筛选及环境因素对其调控的研究[D].宁波大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[31]卢林杰.基于Android的室内照明控制系统设计与实现[D].杭州电子科技大学,电路与系统,2014,硕士.
[32]谌烈.含双邻位甲基聚芳醚砜和聚芳醚酮的合成与性能研究[D].江西师范大学,有机化学,2004,硕士.
[33]邢洋铭.AFM纳米刻划加工方法的加工深度模型建立及实验研究[D].哈尔滨工业大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[34]郭英,郭航远,邢杨波,孙勇,余瑜,吴伟芳.老年房颤患者射频消融术后并发症观察与护理[J].心脑血管病防治,2014,01:86-87.
[35]范拓.纳米金颗粒和碳纳米管复合基底结构的表面增强Raman散射研究[D].重庆大学,光学工程,2014,硕士.
[36]赵曼卡.现代汉语“反正”类语气副词研究[D].华中师范大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[37]李裕生.携抗基质金属蛋白酶-9抗体脂质微泡在评价兔睾丸缺血/再灌注损伤中的研究[D].福建医科大学,影像医学与核医学,2014,硕士.
[38]刘淑秀.针康法治疗非痴呆型血管性认知功能损害的临床研究[D].黑龙江中医药大学,康复医学与理疗学,2014,硕士.
[39]朱忠记,何熊熊,章晓,赵松,夏燕玲.基于RSSI的四边测距改进加权质心定位算法[J].杭州电子科技大学学报,2014,01:17-20.
[40]李颖,赵华,李本涛,黄辉,毛如增.烧结温度和升温速率对铁氧体粉体粒径的影响[J].中国粉体技术,2015,02:47-50.
[41]龚芳.全球化背景下中国粮食价格的波动机理和预警机制研究[D].复旦大学,政治经济学,2012,硕士.
[42]郑兵.网络攻击与上网行为查询系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[43]姜新浩.“后厚报时代”《安徽商报》精细化经营策略研究[D].安徽大学,新闻与传播学,2014,硕士.
[44]葛宇.内蒙古自治区农业科技推广体系问题研究[D].内蒙古农业大学,农业经济管理,2004,硕士.
[45]姜英福,刘学霞,曾昭虎.油田开发数据仓库解决方案的技术实践[A].中国计算机学会数据库专业委员会.第十九届全国数据库学术会议论文集（技术报告篇）[C].中国计算机学会数据库专业委员会:,2002:4.
[46]王帅.我国水泥行业上市公司并购绩效研究[D].南京大学,经济学,2013,硕士.
[47]李柏凌.天津临港思多而特液化码头公司发展战略研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.
[48]王笃程.我国制造能力研究与开发战略支点选择[D].苏州大学,世界经济,2014,硕士.
[49]谷旭.基于3G网络的手机信息远程存储与交互平台[D].湖南大学,软件工程,2012,硕士.
[50]赵海涛.沈阳市医保城乡统筹的对策研究[D].大连理工大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.