红外图像目标识别跟踪技术及其DSP实现
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摘要
双色红外玫瑰线扫描亚成像制导是弹载末制导系统的核心，也是红
外热成像制导的一个主要研究方向。它吸收了红外制导与成像制导的优
点，以图形识别方式代替了传统的波形相关识别方式，使系统的目标形
状分辨率和探测距离都有了比较大的改进。加上它的成本低廉，便携性
好，发射方式灵活，跟踪性能优，因此，具有重要的研究价值和意义。
基于对红外扫描亚成像过程和玫瑰线扫描机理的分析，本文描述了
亚成像特征。对轮廓模糊、非完全采样的亚图像序列，着重分析其目标
识别、跟踪特征。在此基础上，提出了红外亚图像目标识别跟踪模型。
文中简述了红外亚成像目标识别DSP系统的基本功能和工作原理，
并给出在此硬件平台上编写的亚图像目标识别软件流程图。对关键模块
的DSP实现进行了详细剖析。实验结果表明，系统基本能识别出不同时
间、不同距离、不同气象条件下的亚图像目标。
受导引头尺寸的严格限制，硬件的高度集成化，小型化成为红外亚
成像目标识别系统实用性的必要条件。为了能安放进导引头，系统还必
须具有特殊的外形。据此要求、我们提出了一系列硬件改进措施，完成
了“圆环缺” 目标识别系统的设计制作，并论证其实时性与可靠性。对
系统“自举”的设计与实现进行了着重讨论。
针对识别处理软件的设计中存在较大冗余，本文重新设定“圆环缺”
系统的功能状态，详细描述其软件优化技术。结果测定显示，“圆环缺”
系统的帧处理时间由160ms减少为平均25ms，实时性得到了极大提高。
“目标的跟踪预测”是空中红外图像目标识别与跟踪系统的关键技
术。本文用一套基于WIN98和VC++6.0平台的仿真系统，模拟了四种
算法的跟踪预测效果。比较了它们的实时性能，以及在DSP系统上的可
移植性，提出采用组合预测算法最能实时跟踪目标。
The bicolor IR rosette scan guidance is the key technology of
a terminal guidance system, and the important research subject of
infrared imaging guidance0 It adopts the advantages of infrared
and imaging guidance0 Instead of 1 pulse recognition, this
technology uses image recognition to improve the resolution ratio
and recognition distance 0 Additionally, being its advantages of
lower cost, better portability, shooting facility, and good
tracking performance, it is valuable and significant0
Based on the analysis of rosette scan principles , the
sub梚maging characters are depicted in this thesis After
analyzing the recognition and tracking features, we build up the
model of infrared sub-maging target recognition and tracking.
The functions of infrared sub-maging target recognition DSP
system are introduced, and its program flow charts are given0
Also, the implementation of key modules are discussed The
experimental results show that the system can work well0
The special figure and size of a seeker required that we should
develop a new mini system, And so, we redesign the above system0
The mini one proves stable and efficient, which means it has the
ability of real time process 0 Finally, the design and
implementation of "foot Load?function in the new one is discussed0
Because the system's software has more redundancy, we modified
its functional state as well as optimized its implemental ways.
The results hnw that the process time of this new system is reduced
from l6Oms to 25ms0 Obviously, the system's processing speed is
largely improved0
"racking and Prediction?are key technologies in the aerial
infrared target recognition and tracking system0 To compare the
real-time and transplanting performance of four different
algorithm, we developed a simulation software base on Windows 98
and Visual C++ 6. 0 platform0 And the conclusion is drawn that hybrid
prediction method is the most suitable one to be implemented on
a DSP system0
外热成像制导的一个主要研究方向。它吸收了红外制导与成像制导的优
点，以图形识别方式代替了传统的波形相关识别方式，使系统的目标形
状分辨率和探测距离都有了比较大的改进。加上它的成本低廉，便携性
好，发射方式灵活，跟踪性能优，因此，具有重要的研究价值和意义。
基于对红外扫描亚成像过程和玫瑰线扫描机理的分析，本文描述了
亚成像特征。对轮廓模糊、非完全采样的亚图像序列，着重分析其目标
识别、跟踪特征。在此基础上，提出了红外亚图像目标识别跟踪模型。
文中简述了红外亚成像目标识别DSP系统的基本功能和工作原理，
并给出在此硬件平台上编写的亚图像目标识别软件流程图。对关键模块
的DSP实现进行了详细剖析。实验结果表明，系统基本能识别出不同时
间、不同距离、不同气象条件下的亚图像目标。
受导引头尺寸的严格限制，硬件的高度集成化，小型化成为红外亚
成像目标识别系统实用性的必要条件。为了能安放进导引头，系统还必
须具有特殊的外形。据此要求、我们提出了一系列硬件改进措施，完成
了“圆环缺” 目标识别系统的设计制作，并论证其实时性与可靠性。对
系统“自举”的设计与实现进行了着重讨论。
针对识别处理软件的设计中存在较大冗余，本文重新设定“圆环缺”
系统的功能状态，详细描述其软件优化技术。结果测定显示，“圆环缺”
系统的帧处理时间由160ms减少为平均25ms，实时性得到了极大提高。
“目标的跟踪预测”是空中红外图像目标识别与跟踪系统的关键技
术。本文用一套基于WIN98和VC++6.0平台的仿真系统，模拟了四种
算法的跟踪预测效果。比较了它们的实时性能，以及在DSP系统上的可
移植性，提出采用组合预测算法最能实时跟踪目标。
The bicolor IR rosette scan guidance is the key technology of
a terminal guidance system, and the important research subject of
infrared imaging guidance0 It adopts the advantages of infrared
and imaging guidance0 Instead of 1 pulse recognition, this
technology uses image recognition to improve the resolution ratio
and recognition distance 0 Additionally, being its advantages of
lower cost, better portability, shooting facility, and good
tracking performance, it is valuable and significant0
Based on the analysis of rosette scan principles , the
sub梚maging characters are depicted in this thesis After
analyzing the recognition and tracking features, we build up the
model of infrared sub-maging target recognition and tracking.
The functions of infrared sub-maging target recognition DSP
system are introduced, and its program flow charts are given0
Also, the implementation of key modules are discussed The
experimental results show that the system can work well0
The special figure and size of a seeker required that we should
develop a new mini system, And so, we redesign the above system0
The mini one proves stable and efficient, which means it has the
ability of real time process 0 Finally, the design and
implementation of "foot Load?function in the new one is discussed0
Because the system's software has more redundancy, we modified
its functional state as well as optimized its implemental ways.
The results hnw that the process time of this new system is reduced
from l6Oms to 25ms0 Obviously, the system's processing speed is
largely improved0
"racking and Prediction?are key technologies in the aerial
infrared target recognition and tracking system0 To compare the
real-time and transplanting performance of four different
algorithm, we developed a simulation software base on Windows 98
and Visual C++ 6. 0 platform0 And the conclusion is drawn that hybrid
prediction method is the most suitable one to be implemented on
a DSP system0
引文
[1] 杨莉，红外制导技术发展综述，电子科技大学研究生综述报告，2000，1
[2] 刘隆和等．三模复合寻的制导研究．飞航导弹，1998，(2) ：57-61
[3] 周鼎新，对美国第三代肩射红外防空导弹(STINGER POST)导引头特色的分析， 红外与激光技术，1984(3) ：1-20
[4] 李文，杨莉，弹载双色红外系统信息处理技术研究，红外技术，1998，20(7) ： 27-31
[5] 曾高秋，曹文庄，玫瑰线图形扫描方位信息的计算及误差分析，红外技术，1998， 20(7) ： 19-26
[6] 冯炽焘，李文，使用“玫瑰线／螺线”图形扫描的双色红外制导技术，红外技术， 1993，15(1) ：2-8
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[8] 陈光辉，红外／毫米波双模敏感器融合技术，制导兵器文集(第一集)，1992，4， 109-118．
[9] 范晋祥，主／被动双模红外成像系统，反坦克导弹技术译文集(下册)，1991， 11，314-322．
[10] Arne Jan Rodland, Image registration of naval IR images, SPIE, 1996(2739) , 341-350．
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[24] 王忆锋，冯炽涛，李茜，坦克红外特征控制技术评述，红外技术，1998，7(20) ， 1-4
[25] 周书铨，《红外辐射测量基础》，上海交通大学出版社，1990，3，1-12．
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[30] 韩客松，复杂背景下红外点目标检测的预处理，红外技术，1999，7(21) ，36-39．
[31] 周锐，杨涤，王恒霖，复杂背景中目标图像的提取与跟踪，系统工程与电子技 术，1997，9，10-13
[32] 姚士锴，玫瑰线扫描成像仿真与识别研究，电子科技大学硕士论文，2000． 4
[33] 刘瑜，红外玫瑰线扫描图像仿真、恢复、处理技术研究，电子科技大学硕士论 文，2000，4
[34] 罗智勇，远程红外制导亚成像识别跟踪技术与系统实现，电子科技大学博士论 文，2000，9
[35] 罗智勇，李晓峰，李在铭，双C50多模同步采集高速目标识别系统，系统工程 与电子技术，2000，8．
[36] 章毓晋，图像工程(上册)，图像处理和分析，北京：清华大学出版社，1999
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[45] 杨莉，用TMS320C50实现“双色红外玫瑰扫描”亚成像目标识别，红外技术， 2000， 6
[46] 傅志中，李在铭，杨莉，多模红外亚成像目标识别跟踪小型化智能系统，红外 技术，2001，2
[47] Huang Hau-Ming, Wang Nei-Chueh. Two Waveband(3-5um and 8-12um)Thermal Imaging System, SPIE,Vol.1814,OpticalSensors,1992
[48] M Fernandez, A Aridgides, D Randolph, and D Ferris, Optimal subpixel-level IR frame-frame registration, SPIE, Signal and Data Processing of Small Targets, 1991, 172-179．
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[50] 国澄明，李铁盘，用TMS320C50DSP实现图像的直接捕获与显示，信号处理， 1996， 12(3) ， 87-92。
[51] 陈颖，李在铭，运动背景中的动目标检测技术，待发表
[52] K.R.Castleman, Digital Image Processing, Prentice Hall, 1996,474-475
[53] 齐春，梁德群等，二次型函数的极值与卡尔曼滤波，信号处理，1999，3
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