低轨凝视成像平台具有高分辨率、强机动性、发射成本低等优势,但目前国内对于低轨凝视卫星的研究与应用还处于论证阶段,在轨目标检测方案与卫星平台性能指标均缺乏实验验证。本课题针对于低轨运动平台、面阵凝视成像体制下的红外弱小目标进行提取及确认。首先对当前工作模式下平台的成像特性及目标背景特性进行分析,利用得到的分析结果设计红外成像仿真软件以获取测试图像;进而利用复杂背景下弱小目标显著性特征,采用背景抑制方式实现具备自适应性的候选目标提取功能;最终结合多帧时域手段对目标进行关联检测,拓展检测尺度以实现目标判决确认。研究内容如下:(1)低轨卫星平台凝视成像特性分析与仿真实现。针对低轨卫星凝视工作模式情况,分析地物辐射传播至探测器像面过程中,由于卫星平台运动所造成的成像特性问题,问题包括且不限于积分时间内平台运动导致的像移及模糊、相机由正视姿态调整为斜视姿态引发的画面畸变,结合此项目应用背景确定主要目标及背景模型,分析目标空间域及时域特性,同时结合成像链路分析结果,确定所检测的地物特性于图像输出层的表征。实现了动平台红外凝视图像仿真功能,具备对典型山脉、海洋和城镇场景下不同信杂比、不同尺度目标的仿真能力。(2)基于杂波抑制的疑似目标自适应提取算法。红外图像中弱小目标通常在探测器像面占据较少像素数,不具备显著的形态学特征,因此通过匹配目标模板进行检测的方法不适用于本项目背景。背景抑制的关键问题是如何对场景杂波分布进行估计,为解决这一问题需要对场景分布获取足够先验,同时设计具有高鲁棒性、高准确度的背景估计算法。同时,需要在候选目标提取阶段设计一种可自适应提取功能的方法,完成对复杂场景中候选目标的提取,同时算法应具备对场景畸变、噪声等虚警的抑制能力。基于杂波抑制的目标提取方法,能够准确提取红外场景中疑似目标,对信杂比大于5、直径为2-3像元的目标检出率达到98%以上,同时检测结果中虚警率约为10-5。(3)基于多帧轨迹关联的目标确认算法。在红外弱小目标检测过程中,由于弱小目标其几何尺度特性的缺失以及信噪比较低的缘故,仅利用空域特性进行检测,往往检测性能较差,不能同时满足高检出率和低虚警率。因此,需要结合多帧时域手段对目标进行关联检测,从而拓展检测尺度、提升检测性能。这一过程中的关键研究内容在于,轨迹库的管理策略、低轨成像特性匹配、确定度计算模型建立。关联检测利用目标在时域上所表现出的关联性,如能量连续性、运动连续性,进行轨迹关联。将各时间场景中全部候选目标关联至多条空间轨迹,通过判断轨迹特性是否符合目标先验特性,筛选出高确定度目标。关联确认方法在进行红外小目标(SNR≥3,2×2像元)检测时,在不影响检出率的同时降低目标检测虚警率至10-6左右,轨迹关联准确度95%以上。