随着太空探索的不断深入,探测跟踪空间碎片等强噪声低对比度目标具有非常重要的科学和军事应用意义。本文从目标探测跟踪主要技术环节考虑,对强噪声低对比度目标探测跟踪技术面临的重要理论和技术实现等关键技术进行了深入研究,重点研究了目标特性、白天天光背景对探测的影响因素、探测跟踪系统设计以及图像信号复原技术。首先分析目标探测跟踪机理、低对比度目标的量化定义以及研究现状,分析了目标图像背景预测与背景抑制方法,讨论了基于自适应阈值分割和边界提取的目标与背景的分离方法,以及聚类、管道滤波等适用于低对比度小目标的检测算法。同时,明确了信噪比低于3dB的弱小目标为低对比度目标。进而以目标特性为切入点,分析了目标的几何尺度及光学特性,建立了目标的基本光照度模型;分析了目标的角速度和角加速度运动特性,为建立探测跟踪系统动态传递函数提供依据。深入研究了典型目标的光谱反射特性,分析了空间点目标的红外辐射及光谱特征,提出了基于双波段红外光谱的目标红外特性提取算法,并对算法的有效性进行了研究。针对大气传输和天光背景对地面探测跟踪系统影响大、不确定性强的特点,计算了大气的吸收与散射系数、大气背景辐射、透过率和天空背景亮度,分析了大气垂直分布对光吸收和散射的影响;深入研究了大气光散射对目标对比度、大气湍流对目标弥散的影响。针对探测跟踪系统静态和动态性能,详细分析了跟踪系统抖动对目标图像对比度和信噪比的影响,推导了系统抖动条件下的动态光学传递函数,提出了解决系统抖动引起图像模糊的图像清晰化技术。设计研制了低对比度目标探测系统,建立了探测系统杂散光模型,并进行分析和提出改进措施;详细讨论多种相机的探测灵敏度、信噪比特性和光谱响应特性,提出适合在低对比度条件下高速使用的探测跟踪相机类型;验证了采用图像累加增强抑制大气影响的成像探测算法、采用背景削减提高目标成像对比度、光谱滤波提高目标探测信噪比等方法的有效性;研制了天光背景测量仪,对天光背景辐射进行了实际测量和标定,获得宝贵的天光背景数据,为低对比度目标探测跟踪图像处理提供了实时背景参数;提出了基于指数定律的增量维纳滤波图像清晰化处理算法,对目标原始图像与降质函数进行逐次高精度逼近,显著改善图像质量,使图像对比度提高了20%,信噪比提高了2.5dB以上。最后,对低对比度目标探测跟踪的系统性能进行了归纳和总结。指出应结合探测器性能和系统动态传递函数进一步研究图像处理算法,探索新型的光电探测跟踪机理和图像清晰化的技术。