海面红外小目标检测在保卫海域安全和海上救援领域发挥着非常重要的作用。远距离舰船目标在红外图像中退化为一个小光斑,具有尺寸小、强度弱、纹理结构信息严重缺失等特点,容易受到噪声的干扰。与此同时,海上密集鱼鳞状亮斑、高亮度海面亮带,以及岛屿杂波等背景杂波严重影响了远距离红外小目标的检测性能,极易造成目标漏检和出现虚警。本文主要围绕制约复杂海面背景下红外小目标检测性能的关键技术展开研究,通过感知非平稳海面背景杂波组成成份存在区域及起伏状态,构建海面场景信息并采取与背景杂波相适应的信号处理方法精细化检测小目标。主要研究内容及创新如下:首先,使用结构张量和Hough变换检测海天岛屿区,利用启发式分割算法和方差加权信息熵表征的复杂度感知鱼鳞状亮斑、海面亮带等太阳光闪烁海杂波成份,构建出海天区、岛屿区、平稳海区、波动海区的场景信息。其次,采用与杂波成份适应的信号处理压制杂波和增强目标信杂比。针对边缘结构性强的海天岛屿区,提出基于方向性差异的杂波抑制目标增强算法压制杂波,凸显目标信号;在平稳海区使用白顶帽变换压制杂波;针对存在鱼鳞状亮斑、海面亮带的波动海区,提出融合灰度梯度杂波抑制算法抑制背景,大幅度降低海杂波干扰。然后,对杂波抑制后的区域采取针对性方法检测目标,将各区域检测结果归一化到同一强度范围并整合各区域检测结果。海天岛屿区、波动海区采用恒虚警阈值分割策略检测目标,而平稳海区采用高斯曲面拟合的峰值判决策略检测目标。最后,针对目标检测时出现的零散虚警点,采取空时轨迹多帧关联确认目标,消除虚警。相比于现有先进红外图像小目标信号检测方法,实验结果表明本文提出的基于海面场景感知的单帧目标检测方法能有效适应不同海面背景杂波,不仅能有效提升信杂比增益和背景抑制因子,而且提高了复杂背景下小目标检测准确性和鲁棒性。