《基於光譜指紋特徵的弱小目標精確跟蹤技術研究》是依託北京航空航天大學，由盛浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於光譜指紋特徵的弱小目標精確跟蹤技術研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：盛浩
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
弱小目標的精確跟蹤在空間監測、跟蹤制導等領域有著極其重要的作用，而可見光跟蹤技術對於圖像信噪比要求較高，很難滿足弱小目標跟蹤的要求。本課題通過探索基於光譜指紋特徵的弱小目標精確跟蹤技術，把二維成像技術和光譜技術有機結合，利用不同物質固有吸收光譜上的差異，獲得區分目標材質和背景材質的感知能力。目標的光譜指紋特徵提供了精確的識別能力和抗干擾能力，通過無參數核密度估計實現高光譜圖像弱小目標跟蹤。主要研究內容包括：1、基於光譜知識的弱小目標指紋特徵發現技術及參數化模型；2、面向光譜特徵的無參數核密度估計弱小目標精確跟蹤算法；3、基於GPU/CPU協同並行的高光譜圖像弱小目標跟蹤算法最佳化。通過在關鍵技術研究中的探索和創新，使得跟蹤的位置精度達到像素級，並在此基礎上，實現一個基於光譜指紋特徵的弱小目標精確跟蹤原型系統，驗證了方法和技術的有效性和實用性。
結題摘要
弱小目標的精確跟蹤在空間監測、跟蹤制導等領域有著極其重要的作用，而可見光跟蹤技術對於圖像信噪比要求較高，很難滿足弱小目標跟蹤的要求。本課題通過探索基於光譜指紋特徵的弱小目標精確跟蹤技術，把二維成像技術和光譜技術有機結合，利用不同物質固有吸收光譜上的差異，獲得區分目標材質和背景材質的感知能力。目標的光譜指紋特徵提供了精確的識別能力和抗干擾能力，通過無參數核密度估計實現高光譜圖像弱小目標跟蹤。主要研究進展包括：1、基於光譜知識的目標指紋特徵發現技術。建立一組光譜吸收特徵向量來描述目標的光譜特性，不同材料的光譜吸收特徵反映了目標的光譜指紋特徵；2、建立幾何與光譜特徵融合的參數化模型。由於目標的光譜指紋特徵不能簡單的由數值進行描述，在本課題中用機率直方圖建立代表幾何與光譜特徵融合的參數化模型；3、基於均值偏移的高光譜弱小目標精確跟蹤算法的改進。提出多維特徵空間下的核密度估計算法，解決由於波段增多導致信息冗餘和數據處理複雜性增加引起統計參數估計偏差增大的問題；4、基於卡爾曼濾波的進一步改進。通過卡爾曼濾波的觀測模型和處理模型構建目標對象的狀態轉移矩陣、觀測矩陣、觀測噪聲模型。通過更新狀態和觀測向量兩個模型，實現狀態預測；5、基於GPU/CPU協同並行的跟蹤算法最佳化。目標的幾何特徵為空域特徵，目標的光譜特徵為譜域特徵，分別採用空域分解和譜域分解來完成並行處理，提高特徵提取效率。在多維特徵空間的核密度估計算法結合了空域和譜域特徵進行綜合運算，本研究基於分治法策略，將計算數據分解成塊，實現了計算域並行策略。 本課題通過在關鍵技術研究中的探索和創新，使得跟蹤的位置精度達到像素級，並在此基礎上，實現了一個基於光譜指紋特徵的弱小目標精確跟蹤原型系統，驗證了方法和技術的有效性和實用性。 本項目共發表SCI(E)檢索論文5篇，EI檢索論文3篇，國際會議大會報告2次，申請國家發明專利2項，培養碩士研究生5名。相關研究成果獲國防技術發明獎三等獎。並在本基金研究成果的牽引下，與中航工業合作，成果申請獲得中國人民解放軍裝備部的武器裝備研究項目1項。
