红外浅层地下目标探测技术具有重要的军事和民用价值,在地下管道检测、地雷探测等领域得到了广泛的应用。传统的红外地下目标探测技术通过图像分割或者聚类方法探测出地下目标位置和截面积信息,对地下目标的热特性对区域温度分布的影响缺乏研究,对多时相和多光谱信息利用的研究也很少。为了获取地下目标的更多信息,如目标高度、材质和埋藏深度等,本文研究了基于多时相多光谱红外图像探测浅层地下目标的技术,利用建立的区域温度分布的热力学模型,结合红外多时相和多光谱信息,不仅能探测出地下目标的位置和截面积信息,还能探测出地下目标材质、高度和埋藏深度,具有重要的应用价值。围绕这一主题,本文主要进行了以下三方面工作:首先,从热力学的角度分析研究了地下目标的存在对区域热力学特性的影响,建立了能够准确描述区域温度分布和区域热力学性质及目标埋藏情况的关系的数学模型。根据区域和周围环境之间的传热情况确定了求解模型的初始和边界条件,可以精确预测出区域表面的温度分布。然后,研究了利用红外图像探测浅层地下目标技术。目标区域和背景区域的表面温度差异是红外探测地下目标的基础,反映在红外图像上则是不同的灰度值差异。基于构建的数学模型,提出了一种多时相红外探测浅层地下目标技术。对热红外传感器获得的多时相红外图像进行温度反演,求得区域表面温度分布的测量值。把待求解参数的估计值作为区域热力学模型的求解条件,预测出不同时相的区域温度分布,使区域表面温度分布的探测值和预测值相一致的待求解参数的估计值即为地下目标的探测结果。最后,研究了多光谱信息在上述探测技术中的应用,提出了一种基于多时相多光谱红外图像探测浅层地下目标的技术。通过对红外多光谱图像不同波段辐射特征的研究,提出了利用光谱信息进行地下目标探测的多光谱探测方法。利用多光谱图像精细的光谱分辨率来提高反演的区域表面的温度分辨率。实验表明该方法能够明显提高探测精度。