[发明专利]一种高速条件下红外成像谱段优化选择方法

说明书

技术领域

本发明属于气动光学与图像处理相结合的交叉科学技术领域，具体涉及一种高速条件下红外成像谱段优化选择方法。

背景技术

高速条件下红外成像谱段优化选择方法主要是在高速飞行条件下，在分析高速来流、场景中目标和地/海面背景的辐射特性的基础上，选择一个谱段或谱段组合，使得该谱段或谱段组合能在尽量接近目标的辐射谱段的同时，远离高速来流及背景的辐射特性，使信杂比、信噪比尽可能地高。

高速条件下红外成像谱段优化选择中，大气和高速来流的影响是不可忽略的，高速流场中的气体和电离介质等会有很强的辐射，可能对目标红外成像产生强烈干扰，其背景不仅仅是简单的地/海面背景，而是地/海面背景辐射、大气辐射、以及高速流场辐射共同作用的结果，且这些辐射会随着条件(例如天气、温度、流场速度等)的变化而变化。因此，高速条件下红外成像谱段选择与一般情况下的谱段选择问题既具有共性，又具有其特殊性，需要综合分析高速飞行器在高速流场中的速度变化、温度、压力分布等情况，估计出高速飞行器在高速流场中飞行时的辐射情况，进而结合谱段优化方法，实现高速条件下红外成像的谱段优化选择，使得所选谱段及其组合成像数据的信息量最大、相关性最小、地/海面目标在所选谱段下的辐射尽量强、背景(包括地/海面背景、大气背景和高速流场)的辐射在所选谱段要尽量弱。

传统的谱段选择方法一般采用单一指标，如图像的相关系数、熵等，对各谱段下的成像进行谱段选择，并未考虑到成像场景中的目标/背景辐射强度等因素，本发明提出的方法综合考虑了高速飞行条件下红外成像场景中的大气辐射强度、高速流场辐射强度、地/海面背景辐射强度、目标辐射强度等因素，同时结合图像的相关系数和熵对各谱段下的成像进行优化选择，使得经选择后的超光谱图像的目标/背景对比度和信杂比最大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速条件下红外成像谱段优化选择方法，该方法在高速飞行条件下，分析高速来流、场景中目标和地/海面背景的辐射特性，建立谱段优化代价函数，实现红外成像的谱段优化选择，使得在该谱段/谱段组合下成像效果最佳。

本发明提供的高速条件下红外成像谱段优化选择方法，其步骤包括：

(1)获取超光谱图像数据，即固定场景在多个谱段下的成像数据，构成谱段优化选择的基本处理对象：{f_k|k＝1，2，...，n-1，n}；

n为成像谱段的谱段数，k为成像谱段的序号，f_k为在谱段λ_k条件下的成像，图像f_k的大小为M×N；

(2)获取超光谱图像{f_k|k＝1，2，...，n-1，n}的地/海面背景辐射强度{W₁(r，λ_k)|k＝1，2，...，n-1，n}，大气辐射强度{W₂(r，λ_k)|k＝1，2，...，n-1，n}，高速流场辐射强度{W₃(r，λ_k)|k＝1，2，...，n-1，n}，地/海面目标辐射强度{W₄(r，λ_k)|k＝1，2，...，n-1，n}，r为大气透过率/流场传输率函数；

(3)根据步骤(2)中获取的辐射强度数据，计算得到超光谱图像{f_k|k＝1，2，...，n-1，n}的成像目标辐射强度{W_o(r，λ_k)|k＝1，2，...，n-1，n}及成像背景辐射强度{W_b(r，λ_k)|k＝1，2，...，n-1，n}；

(4)设定成像谱段优化选择的代价函数：

C(f，λ)＝α₁F(R(f))-α₂F(H(f))-α₃F(W_o(r，λ))+α₄F(W_b(r，λ))

其中，F为单调递增函数，这里取F(z)＝z，R(f)为图像f与其前后谱段成像图像的相关系数，H(f)为图像f的熵，W_o(r，λ)为成像目标辐射强度，W_b(r，λ)为成像背景辐射强度，α_i＞0(i＝1，2，3，4)为权系数。