●第1章 緒論 1
1.1 紅外輻射與紅外特性 1
1.2 目標光學輻射特性 3
1.3 環境光學輻射特性 4
1.4 目標紅外識別 6
參考文獻 9
第2章 紅外輻射基礎理論 10
2.1 輻射基本物理量 10
2.1.1 常用輻射量 10
2.1.2 輻射量的計算 14
2.1.3 輻射比率 18
2.2 輻射的基本定律 20
2.2.1 基爾霍夫定律 20
2.2.2 普朗克定律 21
2.2.3 維恩位移定律 23
2.2.4 斯特藩-玻爾茲曼定律 23
2.3 宏觀介質輻射基礎 24
2.3.1 宏觀介質輻射特性分析 24
2.3.2 輻射的方向性 26
2.3.3 輻射的光譜性 29
2.4 氣體輻射基礎 30
2.4.1 原子/分子輻射躍遷 30
2.4.2 氣體的輻射譜線 33
2.4.3 熱力學非平衡狀態 38
2.5 粒子輻射基礎 39
2.5.1 粒子的形態學 40
2.5.2 粒子的輻射屬性 41
2.5.3 粒子輻射理論簡述 45
2.6 輻射傳輸概論 46
2.6.1 輻射傳輸方程 47
2.6.2 輻射傳輸的積分形式解 49
參考文獻 51
第3章 目標紅外輻射特性建模 54
3.1 氣體介質流場計算 54
3.1.1 氣體流動基本方程 54
3.1.2 發動機射流模型 60
3.1.3 高速繞流場模型 68
3.2 固體壁面溫度場計算 71
3.2.1 固體導熱基本方程 71
3.2.2 對流換熱計算模型 75
3.2.3 輻射換熱計算模型 79
3.3 流固耦合輻射傳輸計算 81
3.3.1 氣體輻射數值計算方法 81
3.3.2 粒子散射數值計算方法 88
3.3.3 輻射傳輸數值計算方法 90
3.4 典型飛行器紅外輻射特性 94
3.4.1 飛機紅外輻射特性 94
3.4.2 火箭紅外輻射特性 95
3.4.3 高超聲速飛行器繞流場紅外輻射特性 96
參考文獻 99
第4章 環境的紅外傳輸與輻射特性 101
4.1 紅外輻射在大氣中的傳輸 101
4.1.1 大氣的熱力學結構與組分分布 101
4.1.2 紅外輻射在大氣中的衰減機制 110
4.1.3 大氣的紅外傳輸特性 112
4.2 地外天體紅外輻射特性 120
4.2.1 太陽的輻射特性 120
4.2.2 月球的輻射特性 124
4.2.3 其他天體的輻射特性 126
4.3 地表紅外輻射特性 129
4.3.1 地表輻射機制 129
4.3.2 地物反射率/發射率的變化特性 132
4.3.3 地表溫度的變化特征 137
4.4 海表紅外輻射特性 139
4.4.1 海表輻射機制 139
4.4.2 海表反射率/發射率的變化特性 140
4.4.3 海表溫度的變化特征 146
4.5 大氣紅外輻射特性 147
4.5.1 大氣紅外輻射機制 147
4.5.2 地基觀測的大氣紅外輻射 149
4.5.3 空基觀測的大氣紅外輻射 152
4.5.4 天基臨邊觀測的大氣紅外輻射 153
4.6 地球大氣紅外輻射特性 157
4.6.1 地球大氣紅外輻射機制 158
4.6.2 空基觀測的地球大氣紅外輻射 160
4.6.3 天基觀測的地球大氣紅外輻射 161
參考文獻 163
第5章 紅外輻射測量 167
5.1 紅外輻射測量的基本物理量 167
5.1.1 表觀輻射亮度 167
5.1.2 表觀輻射強度 167
5.1.3 表觀輻射照度 168
5.1.4 表觀輻射溫度 168
5.1.5 輻射面積 169
5.2 紅外輻射測量儀器的基本原理 169
5.2.1 紅外單點輻射測量儀器 169
5.2.2 紅外成像輻射測量儀器 170
5.2.3 紅外光譜輻射測量儀器 173
5.2.4 紅外成像光譜輻射測量儀器 178
5.3 紅外輻射測量儀器定標 179
5.3.1 標準輻射源 179
5.3.2 輻射定標 180
5.3.3 光譜定標 181
5.3.4 環境溫度與雜散輻射影響補償 184
5.4 紅外輻射測量技術 186
5.4.1 空天目標紅外輻射測量技術 186
5.4.2 地海目標紅外輻射測量技術 195
5.4.3 材料光學參數實驗室測量技術 200
參考文獻 204
第6章 紅外特性與傳感器探測感知 205
6.1 概述 205
6.2 紅外特性對傳感器參數設計指導 206
6.2.1 靈敏度 206
6.2.2 探測譜段 207
6.2.3 光譜分辨率 213
6.3 紅外傳感器探測感知對目標識別影響 215
6.3.1 紅外傳感器光學信息傳輸效應 215
6.3.2 光學信息傳輸效應對目標特性測量精度影響 216
6.3.3 光學信息傳輸效應對目標識別影響 218
參考文獻 220
第7章 紅外成像探測中的特征提取與識別 221
7.1 紅外目標特點 221
7.2 紅外點源目標特征提取 222
7.2.1 輻射特征 222
7.2.2 溫度特征 225
7.2.3 等效輻射截面特征 228
7.3 紅外面源目標特征提取 229
7.3.1 形狀特征 229
7.3.2 輪廓特征 232
7.3.3 輻射亮度特征 233
7.4 紅外目標運動特征提取 245
7.4.1 光流法 245
7.4.2 幀間匹配 248
7.4.3 目標機動狀態輻射特征提取 250
7.5 紅外點源目標識別 253
7.5.1 基於輻射特征的目標識別 253
7.5.2 基於多譜段多特征融合的目標識別 255
7.6 紅外面源目標識別 256
7.6.1 基於邊緣與紋理特征聯合的目標識別 258
7.6.2 基於整體與部件聯合提取的目標識別 267
7.6.3 基於多紋理特征聯合的目標識別 272
參考文獻 279
第8章 紅外光譜探測中的特征提取與識別 284
8.1 紅外高光譜特點 284
8.2 紅外光譜選擇的一般方法 285
8.2.1 基於總體精度排序與K-L散度的波段選擇 287
8.2.2 總體精度與冗餘度聯合很優的波段選擇 293
8.3 高光譜解混與定位 299
8.3.1 光譜線性混合模型 299
8.3.提取與豐度求取 302
8.3.3 高光定位 306
8.4 光譜域特征提取 310
8.4.1 光譜斜率和坡向 310
8.4.2 光譜二值編碼 310
8.4.3 光譜導數 311
8.4.4 光譜積分 312
8.4.5 光譜重排 312
8.4.6 光譜包絡線 313
8.4.7 光譜不確定性分析 313
8.5 變換域特征提取 314
8.5.1 小波變換特征 314
8.5.2 PCA 變換特征 315
8.5.3 稀疏表示特征 316
8.5.4 自編碼特征 318
8.6 基於光譜特征的紅外目標識別 320
8.6.1 光譜相似性度量 320
8.6.2 基於光譜不確定性分析的目標識別 322
8.6.3 基於拐點光譜分段的地物識別 325
8.6.4 基於光譜異常分析的紅外小目標識別 331
參考文獻 336
第9章 智能紅外目標識別 341
9.1 人工智能發展與識別基礎 341
9.1.1 人工智能簡史與應用 341
9.1.2 神經網絡基礎 344
9.1.3 經典深度卷積網絡架構 349
9.2 基於大樣本學習的紅外目標識別方法 352
9.2.1 問題描述與挑戰 352
9.2.2 目標特性數據智能生成 352
9.2.3 基於雙階段的紅外圖像弱小目標識別 361
9.2.4 基於單階段的紅外圖像成像目標識別 366
9.3 基於小樣本學習的紅外目標識別方法 370
9.3.1 深度遷移學習 371
9.3.2 基於深度遷移的紅外成像目標識別 372
9.3.3 基於輻射特性遷移的紅外點目標識別 374
參考文獻 378
附錄A 典型物理常數和數據 382
附錄B 普朗克函數與維恩位移公式 384

本書本是作者及其所在團隊基於多年的光學特性研究與實踐應用編寫而成。《紅外輻射與目標識別》從目標特性服務於光學探測識別應用的視角，繫統地論述了目標與環境紅外輻射及其傳輸的基本理論、計算方法、測試技術與數據處理；介紹了紅外成像探測的基本原理、目標特性與紅外探測的相互約束及影響、紅外成像與紅外光譜的特征提取與識別方法；並將目標特性與新興的人工智能技術相結合，對智能紅外目標識別技術進行了探索。本書可供從事光學特性研究與光學遙感探測及信息處理運用相關的工程技術人員參考，也可作為高等院校紅外技術、光學工程、電子信息工程、自動化等專業的教學參考書。