复杂背景下红外目标检测方法研究+文献综述(7)
由以上分析可以看出，在红外弱小目标检测中，可利用目标的局部灰度特性和弱小目标的运动特性来进行检测。
2．2 实际图像背景分析
背景辐射是一个红外成像系统能接受到的能量最大的一种辐射，背景辐射变化复杂，而且景物的红外辐射在大气传输时会受到大气的吸收和散射，因为大气吸收和散射而造成的能量衰减具有随机性，所以红外成像系统所接收到的景物辐射能量分布不仅复杂而且是随机变化的。
在实验中我们研究的主要是复杂背景图像，从概念上讲，复杂背景是相对简单背景而言的。所谓简单背景是指：背景图像灰度的空间分布是平稳的，灰度的统计均值和方差具有空移不变性，如：海面，天空和沙漠等单一物理成分构成的区域图像。复杂背景是指：背景图像灰度的空间分布是不平稳的，灰度的统计均值和方差不具有空移不变性，如：天海交接处，天空云层的交接处，飞机场和港口等多种场景构成的复合图像。因此红外目标背景具有：非平稳性、随机性、复杂性等特点。
现从三组序列图像中分别各取一幅，如图 2.1 所示，其中图 A：目标在云层边缘，图 B：云层变化剧烈，图 C：目标在云层中。
图2.1含有弱小目标的实际红外图像
上述图像的直方图分别如图 2.2 所示：
图2.2 实际红外图像的直方图
由以上的图例可以看出，由于目标只有一到几个象素，并且被淹没在背景杂波中，用一般的目标检测方法是很难检测出目标的。
由上节可知，目标和背景有着不同的亮度和统计特性，因此只要能够很好的估计出背景图像，根据目标的局部奇异性，理论上是可以把目标分离出来的。实际中，由于图像的信杂比很低，目标没有明显的灰度特征，这就要求背景估计的准确度要高，以达到在背景对消之后能大幅度提高目标与剩余背景的对比度。
2．3 噪声分析
红外成像系统的成像质量远远比不上可见光成像系统的成像质量有两个主要原因：一个是红外成像系统的分辨率较低，另一个就是红外成像系统的噪声要远大于可见光成像系统。所谓噪声，从广义上讲，就是不希望得到的信号成份，它是一种随机信号，对需要获取的信号构成了干扰，是图像象元的视频信号的随机起伏。
红外成像系统中有几个重要的组成单元，而每个组成单元中都含有噪声源，因此噪声的存在形式也是多种多样的。在对红外热图像的处理中发现，视场内的背景、放大器和探测器组成了三大噪声源。背景噪声主要有景物的辐射噪声、大
气抖动引起的噪声等；放大器的噪声主要是晶体管噪声；探测器噪声是系统噪声
的主要来源，是影响红外系统图像质量的主要因素，它的强度一般情况下远大于
其它环节产生的噪声，而且也是最难以克服的，它包含两个方面：一方面是探测器本身的噪声，另一方面是扫描系统的扫描噪声，凝视系统中的探测器非均匀性、非线性，行与行之间的噪声等，对于后者可以采用各种校正方法进行校正，线扫描系统的噪声规律性很强，可以采用图像处理手段来消除，凝视系统中的探测器非均匀性、非线性需要通过探测器非均匀性校正方法来校正。探测器本身的噪声是无法避免的，可以说红外成像系统的发展可以说主要是受器件发展的制约。探测器噪声按照其产生机理可以分为热噪声、散粒噪声、载流子引起的产生—复合噪声、光子噪声和 噪声等。
目前国内外有关探测器噪声的分析较为全面，其中热噪声也称为约翰逊噪声，它是由在红外探测器等阻性材料中电子的热运动所引起的；散粒噪声只会发生在光电探测器中，它是由于光电子的离散性而产生的；产生-复合噪声存在于光导型探测器中，光导型探测器的基本原理是当入射的光子达到一定能量时，就会引起电荷载流子从一个能量级跃迁到另一个能量级，结果所造成的电子、空穴就改变了材料的电导率。探测器的电导率是与电荷载流子的空间密度成比例的，因此空穴和电子数量的波动会导致电导率的波动，在恒定电压的条件下就可以引起探测器输出电流的波动，这样就带来了产生-复合噪声；光子噪声是由探测器中的入射光子的波动所引起的，它的分布可认为服从高斯分布； 噪声是红外探测器低频部分的一种电流噪声，顾名思义， 噪声与频率成反比；有的时候在电路系统或视频处理的其它环节，系统可能会引入强噪声，这种噪声一般称之为色噪声，由于色噪声通常不是由探测器引起的，所以良好的电路设计是完全可以避免色噪声的。