空间红外对地观测视频相机电子稳像与目标跟踪算法研究

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1、博士学位论文空间红外对地观测视频相机电子稳像与目标跟踪算法研究作者姓名：李锋指导教师:冯旗研究员董峰研究员中国科学院上海技术物理研究所学位类别:工学博士学科专业:电路与系统培养单位:中国科学院上海技术物理研究所2018年6月中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签

2、名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解中国科学院大学有关保留，使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文。本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将学位论文提交《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社，编入CNKI学位论文全文数据库并充实到“学位论文学术不端行为检测系统”比对资源库，同意按章程规定享受相关权益。保密论文在解密后遵守此规定。论文作者签名：

3、指导教师签名：日期：年月ResearchontheelectronicimagestabilizationandtargettrackingalgorithmforspaceinfraredearthobservationvideocameraAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCircuitsan

4、dSystemsByLiFengProfessorFengQiSupervisor:ProfessorDongFengShanghaiInstituteofTechnicalPhysicsofCASJune2018摘要摘要空间红外遥感成像系统广泛应用于海洋、环境、资源、国防、军事等领域，其具有隐蔽性好、昼夜探测等优点。空间红外对地观测视频相机能够以“凝视”成像的方式对特定场景或者特定目标进行连续监视，以类似于“录像”的方式获取场景内的动态信息。视频相机在成像过程中由于受到复杂的环境、平台抖动、姿态调整等影响，致使获取的

5、红外视频序列含有抖动，甚至模糊，严重影响了场景监视和动态信息的获取。空间稳像系统能有效抑制成像系统受到的随机振动，保证探测器输出稳定的视频序列。电子稳像是稳像技术的主要方法之一，本文从红外视频相机电子稳像为出发点，首先介绍了红外视频相机电子学硬件设计，主要是低噪声的成像系统设计；其次研究了红外图像预处理，主要包括红外图像动态噪声和非均匀性噪声抑制以及红外图像超分辨率重建；接着研究了基于图像局部特征的红外视频相机实时电子稳像算法，主要用于空间红外对地观测视频相机稳像系统的二级稳像中；同时，对场景内的动态信息或者特定目标的

6、跟踪也是红外视频相机的主要任务之一，本文最后研究了基于核相关滤波的红外视觉目标跟踪算法。本论文主要研究内容和创新点如下：1、研究了空间红外视频相机的系统构成与稳像方法，介绍了视频相机稳像系统中红外成像系统电子学硬件设计，主要是成像系统电路的低噪声设计，主要包括电源模块、模拟信号调理、模数转换、基于FPGA的主控电路这几个模块设计，经测试，电路噪声约为0.1??，成像系统噪声约为0.3??。2、红外图像动态噪声和非均匀性噪声抑制的研究。红外图像通常包含更多的噪声，红外图像噪声抑制是其它譬如电子稳像、目标检测、目标跟踪等更

7、高级任务的首要任务，因此研究了传统的图像去噪和基于场景的非均匀性校正方法，并改进传统的非局部均值滤波算法，改进后的算法不管是从主观的视觉效果还是MSE、PSNR、SSIM三个客观评价指标均优于改进前的算法。同时改进基于神经网络的红外图像非均匀性校正算法，改进后的算法不仅能有效抑制非均匀性噪声，与改进前的算法相比还能有效抑制“鬼影”的产生。I空间红外对地观测视频相机电子稳像与目标跟踪算法研究3、针对红外图像分辨率低、细节模糊、信噪比低等特点，研究了基于卷积神经网络的红外图像超分辨率重建算法，对传统的SRCNN算法提出改进

8、，基于SRCNN网络结构提出新的网络结构，并将激活函数ReLU用RReLU来替代，改进后的算法图像重建后与改进前相比获得了更高的PSNR，即图像质量更好。4、根据红外视频相机稳像系统需求，研究了基于图像局部特征的电子稳像算法，为了同时满足系统的稳像精度和速度，从保证稳像精度的情况下牺牲一定的精度来满足稳像速度的角度出发，优化改进了