复杂背景条件下红外目标伪装效能实时评估研究

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在现代高技术战争条件下,为有效对抗红外侦察和制导武器的严重威胁,红外伪装成为了战场目标提高自身生存能力的主要手段。然而,在复杂背景条件下,目标的红外伪装效能受气候条件、自身辐射特性和背景条件等多种因素变化的影响而处于动态变化之中,因此对目标实时红外伪装效能的动态评估具有重大的现实意义。本文就复杂背景条件下红外目标伪装效能实时评估开展研究,通过构建目标红外伪装效能评估系统,实现了红外目标伪装效能的量化方案。主要研究成果概括如下:(1)系统地分析了红外目标伪装效能评估的基本理论与方法。论述了红外伪装基本原理;对光学伪装效能评估方法进行了分类且分析了这些方法的技术细节;对红外伪装效能评估原理进行了重点分析;着重分析了将视觉显著性理论和分形理论引入到红外伪装效能评估领域内的理论基础。(2)提出了基于图像显著性的目标红外伪装效能评估算法,并进行了相应的研究。从仿真目标设计、背景选择和实验方法三个方面论述了外场实验的细节,通过实验设计来获取目标和背景在阳光辐射等天气条件影响下的真实红外图像;基于图像显著性理论分析了目标红外伪装效能评估算法的原理和流程;从评估指标体系构建、目标图像特征提取、目标特征融合与显著度计算、目标内部显著度分析和目标红外伪装效能量化度量五个方面阐述了算法细节及实现途径,以纯数学计算的方式在一个综合性的图像特征体系框架内完成了对目标红外伪装效能的合理量化。实验结果表明,该算法能够很好地比较不同目标在同一背景中的伪装效能差异,同时也能量化评估出不同目标在同一背景下的相对伪装效能的优劣,基于该方法所获得的量化指标能够充分体现目标在相应环境条件下的红外伪装效能。(3)开展了基于多分形理论的目标红外伪装效能评估算法研究。以度量目标与背景的自相似程度为根本出发点,基于多分形理论,提出了基于目标与背景的多分形谱特征差异进行红外目标伪装效能评估的方法。通过实验设计,计算了目标与背景真实红外图像的多分形谱,并基于多分形谱特征差异对目标的红外伪装效能进行定性分析和定量评估。结果表明,该方法能够充分利用目标与背景的内部纹理结构特征信息并有效地度量目标与背景的自相似程度,不仅能够用于比较不同目标在同一背景下红外伪装效能的差异,同时还能够比较出相同目标在不同背景下的伪装效能的差异。该方法拓展了分形理论在伪装效能评估领域内的应用,解决了图像中复杂多变的不规则纹理结构信息难以量化表征的问题,对目标伪装效能的全面综合性评估有着重要意义。(4)进行了复杂背景条件下目标实时红外伪装效能评估系统的设计分析。构建系统总体设计方案,从系统工作流程、系统设计原理、软硬件设计方案、软件功能模块设计和系统界面设计五个方面展开具体设计分析;并针对系统中基础功能模块的设计进行了具体分析。(5)开展了目标红外伪装效能动态评估技术研究。在一个完整的观察周期内,监测记录了目标表面真实温度的变化情况,并在动态的天气条件下拍摄了目标与背景的真实红外图像;量化分析目标的红外伪装效能,成功地获得了目标红外伪装效能动态变化规律曲线,直观地显示了目标伪装效能随天气条件的动态变化而变化的规律。基于公开的红外图像数据集,将本文所提出的算法应用于红外图像序列处理,分析得到图像序列中红外目标的伪装效能的动态变化情况。实验表明,该技术具有普适性和鲁棒性,既可被推广于处理各种背景条件下的红外伪装图像数据又能够实时处理红外图像序列,可在0.5秒的时间内迅速给出目标实时红外伪装效能评估结果,能够很好地满足掌握目标实时红外伪装效能动态变化情况的要求。
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