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高光谱数据具有图谱合一的特点,在提供空间信息的同时还能够提供视场范围内地物在可见近红波段范围内均具有的代表自身属性的诊断性光谱特征,为目标探测开拓了全新的可靠手段,在很多领域得到了广泛的应用。然而高光谱目标探测也存在一些不足之处,如经典的高光谱目标探测算法单从光谱维探测目标,存在对图像信息估计的不足、高光谱数据对光照条件较为依赖,对被阴影压制了光谱特征的阴影区目标探测效果不理想。本文为了将高光谱目标探测算法的天然优势应用到背景复杂多变的舰船目标探测,对高光谱目标探测算法及其改进方法进行了深入的研究。本文首先设计了单一光谱特征目标探测实验、较低空间分辨率与较高空间分辨率多光谱特征目标探测实验,从探测精度和时间效率角度对经典单目标与多目标算法的舰船目标探测性能作了全面评估,然后在此基础上对经典算法进行基于直方图分布进行二次探测和基于拓展形态学的改进研究以提高舰船目标的探测精度并提出基于3D ROC的面积指数与分离度指数以作为两个探测精度十分接近的探测器的辅助判断指标,最后针对高光谱数据对光照较为依赖的缺陷采用改进的矩匹配法研究了阴影区舰船目标的探测方案。基于本文研究工作得到的主要结论为:(1)已知目标已知背景的OSP算法不需要对图像信息进行任何估计,且算法执行时间少,从精度和时间效率来讲其探测效率均很理想。但是该算法的效率与前期精密的先验知识采集密切相关,并不适合探测场景千变万化的舰船目标探测;未知目标未知背景的RXD算法仅仅把高光谱作为一种高维数据处理,仅仅适合于舰船目标刚好为高维点集中较弱成分的情况;已知目标未知背景算法中AMF与ACE算法时间效率较低,而CEM算法无论从探测精度还是时间效率考量,探测性能均很理想。(2)对改进后的单目标探测器而言,综合时间效率与探测精度,MorCEM探测器的性能最佳,其次为MaskCEM探测器,其它探测器均落后一个档次;若单从探测精度来看,依次为MorCEM、MaskCEM、MorACE、MorRXD、MaskACE这几个精度均达到99%以上的探测器;若单独考虑时间效率,则CEM探测器为最佳选择,其次依次为MaskCEM与MorCEM探测器,事实上CEM探测器的精度95.45%也在较高的水准上。(3)就多目标探测器的优先选择问题,当数据空间分辨率不够高、单个目标仅有一种光谱曲线时(如本文的HYPERION数据),从探测精度角度看探测性能前几名依次为SumCEM、MtCEM、SumAMF、SumACE、MtAMF;从时间效率角度看探测性能前几名依次为MtCEM、SumCEM、WtaCEM、SumACE、WtaACE;综合时间效率与探测精度,探测性能最好为SumCEM、MtCEM、SumACE。对改进后的多目标探测器而言,综合时间效率与探测精度,MorMtCEM探测器最优,MaskMtCEM次之;仅仅考虑探测精度,MorMtCEM探测器也为最佳,其次依次为MorSumCEM、MorSumAMF、Mor SumACE、MaskSumCEM、MorMtAMF,这些探测器探测精度均达到了96%以上;若追求时间效率,MtCEM探测器优势明显,探测精度也在94%以上。当空间分辨率较高,可以从一个目标提取几种材质的光谱,且光谱有一定差异性时(如本文的航飞数据),从探测精度角度看探测性能前几名依次为MtACE、SumACE、SumAMF、MtAMF、SumCEM;从时间效率角度看探测性能前几名依次为MtCEM、SumCEM、WtaCEM、MtAMF、RXD;综合时间效率与探测精度,探测性能最好为MtAMF、SumCEM。对多目标探测器进行改进后,综合时间效率与探测精度,依然是MorMtCEM探测器最优,MaskMtCEM次之;从探测精度角度考虑,探测器优劣程度依次是MorMtACE、MaskMtACE、MaskSumACE、MorSumCEM、MorMtCEM、MaskSumCEM、MorMtCEM,探测精度都在96%以上;从时间效率角度考虑,MtCEM探测器最佳,探测精度也在90%以上。(4)从阴影区目标光谱特征的恢复程度来看,三种舰船目标材质的光谱信息恢复度分别达到97.95%、96.95%、96.94%;从探测精度的提高来看,6种探测器探测精度分别从原始图像的0.7171、0.7172、0.7486、0.6825、0.7334、0.6551提升到阴影区光谱恢复后的0.9008、0.9007、0.9445、0.8953、0.9395、0.8785。均验证了基于相关系数的改进矩匹配法对阴影去除的可行性。