DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

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DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

第26卷第3期探测与控制学报v01.26 N。 31111竺!星!!!!!!!!!里!!!!坚!!苎!!!!竺!—』!!!:!!坠

基于DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

罗来邦1一,常本康1,张力2,王述琪2,杨郁伟2

(1.南京理工大学电光学院,江苏南京2l0094;

2.西安机电信息研究所,陕西西安71006s)

摘要:针对末敏子弹试验样机在某试验靶场的高塔上扫描,所获得臼勺低分辨率红外目标

图像,介绍了目标特征提取及识别方法。研究指出目标波形携带了与目标密切相关的信息,

利用参数方法对目标波形进行分析并选取某些参数作为目标特征向量,可对目标进行粗略

分类和识别。在对目标波形进行特征分析的基础上.用抽取的特征向量构造了目标摸板。

用以【)sP为图像微处理器的试验样机进行现场试验表明:该方法对低分辨率红外目标的

识别有好的效果。

关键词:DsP:波形:目标识别:特征提取;灵巧弹药

中文分类号:TN911.7文献标识码:A文章编号:1008.¨94(2004)03-o009-04

0引言

传统的炮弹都是靠简单的触发或近炸引信攻击目标的前部或下部,然而攻击目标的薄弱部位最为有效.如坦克,装甲车的顶部。因此,近年来敏感起爆类型的引信一sADARM(senseanddes咖yarmour)获得了巨大的发展f”。本文针对我们研制的末敏子弹试验样机在某试验靶场的高塔上扫描,所获得的低分辨率红外目标图像,进行特征提取及分类识别。由于末敏子弹的红外敏感器在扫描过程中所成的像不具备径向上和横向上的高分辨率.所揭示的目标信息非常有限。因此.基于低分辨率的红外目标特征描述和提取,目标分类和识别等方面的研究是末敏子弹红外目标识别一个重要的研究方向。研究低分辨率红外目标波形,充分利用目标波形信息以及目标的空间坐标信息,可对目标进行租略分类,进而对目标进行识别。由于目标的相对距离对于目标在红外成像系统中成像形状和面积影响很大,相互关系复杂,因此,根据目标距离远近,目标的识别问题易于分段讨论。本文针对在目标距离样机为l50~80m时(80~20m时的红外目标的特征提取及分类方法,另文讨论),样机扫描所获得的低分辨率红外目标的特征提取及分类方法进行探讨。

1低分辨率红外目标分类和识别思想

低分辨率红外图像不能揭示目标细节信息,要实现高分辨率条件下对目标进行精细识别是不切实际的。然而,由于目标内在的某些属性(如坦克的大小、形状、红外辐射等)对目标的波形(包括波形组的波内组织)都产生影响,通过对大量的红外目标波形及波形组分析,我们认为目标的识别依赖于目标在空间和时间二维上的动态特征信息积累,是一个动态模式识别问题。具有以下特点:(1)目标在空域具有一定的凝聚性,距离一定时,目标在扫描过程中所形成的像的大小是一定的;(2)目标识别图形在f域是连续缓变的。基于以上认识,在低分辨条件下,对红外目标波形及波形组进行特征描述和提取,获得目标波形的动态波形特征和拟稳态特征,进而对红外目标进行分类和识别是可行的“1。}收稿日期:2003一04—04作者简介:罗来邦(1968—),男,安徽颖上人,硕士,在读博士,高工,从事目标识别方面研究。

DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

10探测与控制学报

2系统构成及信号获取

2.1系统构成

该试验样机主要由光学系统、红外敏感器、多路放大器、图像微处理器等部分组成.采用了全金属双反R—c光学系统。该光学系统具有结构简单、体积小、轴外像差小、像面照度均匀的特点【3】。红外敏感器是由响应8~J2um波段的多元线列光导型HgcdTe红外探测器及响应3~5um波段的单元光导型HgcdTe红外探测器、制冷器、微型高压气瓶构成。多路放大器是由两极放大构成,红外探测器的输出信号一般是很微弱的,必须加前置放大以及后续放大电路才行,而前置放大电路对探测器性能的充分发挥非常重要,设计前置放大电路时,主要考虑噪声、阻抗匹配、增益等指标,噪声指标尤其重要,选择精度高的,速度快的、噪声低的运放和合适的无源元件;在设计后级放大电路时,主要考虑增益,带宽、输出偏置电位调节以及稳定性等;在进行制板时.要进行合理的布线,选取合适的接地点。本系统中,关键的问题就是引信信号处理的实时性问题。由于DsP具有体积小、功能强、功耗小、运算速度快,特别适合于引信信号的实时处理。我们选用了高速DsP芯片TMs320F240作为本系统的图像微处理器.它具有灵活的指令系统和操作性能、高速的运算能力(50ns的指令周期),改进的并行结构、标准的J1AG接口,内含双8路10位A/D转换器、544字双口RAM以及16k闪速存储器FIash,有较高的性能价格比f4J。由于片内程序容量比较大(16k).因此不需另外扩展存储器(假如有30×6=180个模板,每个模板有5个特征向量,则模板占用不到1k的存储空间),从而大大节约了空问.降低了成本。

2.2信号的获取

末敏子弹试验样机在扫描过程中,红外探测器探测到目标的微弱信号,多路低噪声放大器把不同探测单元上的微弱信号进行放大,然后经滤波,电位偏置调节等预处理后进入高速图像处理器TMs320F240.高速图像微处理器TMs320F240在一定时间内,同时对这多路信号进行采集并进行预处理后,然后对这段数据所形成的图像进行分析处理即可完成对目标识别与定位。由于数据采集以及其他客观因素的影响,需要对采集到数据进行预处理,预处理包括信号剔点与平滑滤波等.信号剔点就是剔除信号波形中的毛刺点。

3红外目标波形特征的描述和提取

低分辨红外目标波形及波形组携带了与目标密切相关的信息,利用参数方法对红外目标波形及波形组进行分析并选取某些拟稳态参数作为目标特征。对红外目标信号的波形进行以下特性分析和描述对红外的目标分类和识别是有意义的,它包括对单个波形分析,波形间分析以及在一组波形中由提取的单个波形特征所形成的特征组进行分析。

3.1单个波形分析方法

单个波形的分析可以得出目标的横向瞬态特性,它同时也是波形特征组分析的基础。可以对以下几个方面进行分析:(1)波形的有效宽度;(2)波形的对称性;(3)波形峰值前.后缘陡峭度;(4)波形峰值形状。

3.2波形问的特征分析方法

对多个波形间的变化规律、多个波形提取的特征变化规律进行描述和特征提取,可以获得波形的变迁规律。它包括:(1)多波形间的变化趋势,包括多波形间峰值的变化、峰值的生成和消灭;(2)多波形间特征量的变化趋势,包括对单个波形提取的特征量进行统计分析,获得目标波形在该时间内特征

DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

罗来邦等:基于DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

变化趋势。

3.3波形组的总体特征分析方法i1

对一组波形(给定目标小方位角变化范围内的测量数据)分析,可构造为测量矩阵,对该矩阵进行分析和变换可获得目标在小方位角变化下的总体特性,包括目标的大小、形状,方位等。

4目标识别

在提取了不同高度下的不同目标的标准特征量之后,就可

以设计分类器对未知目标进行分类判决识别了。在本系统中,

我们既要考虑识别方法的抗噪性、有效性.又要尽量减少计算

量,满足实时性要求。本文采用的是一种直接的分类方法。为

去除冗余信息,首先对红外目标波形数据进行预处理,去除过

大和过小目标(对一定高度),利用上面提出的特征参量,构造出

众多已知目标的特征模板,将未知目标波形特征向量与目标库

内已知目标的特征模板进行相关匹配,取所有相关值中最小值

对应的类为目标所属类别。图l系统对待识别目标的处理流程图

5实验结果

试验数据来源于末敏子弹试验样机对红外目标扫描所得的实测数据,录取方式为样机边扫描边录取,数据采样率为5k,样机对不同高度,不同方位的目标;(由于坦克目标本身所具有结构对称性,可在90。范围内,按150分档进行划分。150m到80m范围内,按5m分档进行划分)进行扫描得到多组波形,把不同高度不同方位的目标波形进行组合、分析,提取有效的特征量,可得到不同高度不同方位的目标模板。图2是试验样机对距140m,方位角为15。的目标扫描所得的波形图,方波是识别信号,旁边是面积比目标大的假目标。图3是样机对距100m,方位角为o。的目标扫描波形图,未识别的是假目标。图2距离为140m.方位角为l5。的目标扫描波形图及识别图图

由图2、图3可知目标在140m方位角为15。和目标在100m处方位角为o。的波形图是有区别的,这种显著特征和变迁特征在波形参数上也可以较好地描述,是目标识别的依据。利用上面提出的特征选取和模板构造方法,按不同的高度,不同方位情况放置目标,样机对此进行扫描获职50组波形数据作为训练样本,构造了目标的特征模板,另选取40组目标波形数据作为测试样本,用样机对真实目标进行检{顶!l,识别结果见表I。

DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

!!

识别结果表明:利用目标波形特

征所构造的目标模板可有效地识别

目标。堡型皇苎塑兰垫表1:样机对目标波形组进行分类识别的结果

6结论

不同高度,不同方位的目标的波

形组是有区别的,这种显著特征和变

迁特征在波形参数上也可以较好的

描述,是目标识别的依据。在常规实

测目标波形分析的基础上,从大量实

测数据中抽取一些特征量(主要是目标大小,形状及辐射特性)作为目标特征,构造了目标模板,并用大量的已知目标作为训练样本对其进行测试.均得到了好的识别结果。试验表明基于以上分析的目标分类,识别方法是合理的。

参考文献:

[1】_千儒策,刘荣忠.灵巧弹药的构造及作用IM].北京:兵器工业出版社,2001.

【2】王伟,邱兆坤.一种基于低分辨雷达的目标识别方法[J]系统工程与电子技术,2003,25(3):379--382.

【31董新庆.罗来邦光学系统设计报告【R】.西安:T1212所内部资料,2000.

【4】丁1.TM¥320C2XXUser’sGuide[Z].1997.

Low-resolutionIRTargetFeatureExtractionandRecognitionBasedLUOLai—ban91,CHANGBen—kan91,ZHANG

(1CollegeonDSPLi2,、似NGofScienceShu—qi2,YANG1nl—wei2210094,China;ofPhoto electronicEngineering,NanjingUniversityandTechnology,NaMing

2Xi’anInstituteofElectromechanicalInformationTechnology,Xi’an

Abstract:Theapproachoftargetfeatureextraction710065,China)andreeogaltionforfhclow-resolutionIRtargetinaagnisstudiedinthis

arepaper.Themethodsoftargetclassificationandrecognition

featureextractedbytargetwaveformsis

severalproposedaccordingtotheintbrmationoftargetaswaveformsTheuseanalyzedandactedtargetmodulesthefeaturemethodofclassificationandrecognition.Byhasbeenappliedinthe

istesttothesewiththeextractedfeatures,weconstructAndthisprototypeTMS320F240asitsmicroprocessotTheexperimentresultindicatesthatthisrecognitionmethodfinerecognize

low resolutionIRtargetimage.

Keywolds:DSP;waveform;targetrecognition;featureextraction;smartammunition

(上接第8页)

Research

forMedium

(BeijingGeneralityofSafetySystemandLargeCaliberCaflnonsofFuzeonSONGRong-chang,TANHui—min,LIuInstituteMing-jie

oneofTechnology,Beijing100081,China)ofthemostimportant

offuzeAbstract:Generalitydesignisresearchanimportantprinciple,andgeneralitydesignofsafetysystemisalsofuz,eprojectsinlhedesignofmodernThepapermainlydiscussesthegeneralityofsafetysystemforthe

mediumandlargecalibercannonsandgrenades

Keywords:safetysystem;generality;simulation

DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

基于DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

作者:

作者单位:罗来邦, 常本康, 张力, 王述琪, 杨郁伟罗来邦(南京理工大学电光学院,江苏,南京,210094;西安机电信息研究所,陕西,西安

,710065), 常本康(南京理工大学电光学院,江苏,南京,210094), 张力,王述琪,杨郁伟(西

安机电信息研究所,陕西,西安,710065)

探测与控制学报

JOURNAL OF DETECTION & CONTROL

2004,26(3)

2次刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

参考文献(4条)

1.王儒策.刘荣忠 灵巧弹药的构造及作用 2001

2.王伟.邱兆坤 一种基于低分辨雷达的目标识别方法[期刊论文]-系统工程与电子技术 2003(03)

3.董新庆.罗来邦 光学系统设计报告 2000

4.Ti TMS320C2XX User`s Guide 1997

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DSP的低分辨率红外目标特征提取及识别

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引证文献(2条)

1.罗来邦.常本康 简易红外成像引信目标识别系统[期刊论文]-兵工学报 2006(3)

2.罗来邦 末敏弹简易红外成像起爆控制系统研究[学位论文]博士 2006

本文链接:/Periodical_tcykzxb200403003.aspx

授权使用:南京理工大学图书馆(wfnjlg),授权号:3cd67adf-2f9c-4afd-a3a0-9dfc01477a34

下载时间:2010年9月25日

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/yhhm.html

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