海洋弱小动态目标光学探测技术研究在海洋遥感领域具有重要的研究意义,实现海洋弱小动态目标的有效光学探测在海域监测、目标追踪等领域具有重要的应用价值,本文针对海洋弱小动态目标光学探测问题,从理论建模,指标分析,系统设计,数据预处理与目标检测,机载试验等多个方面进行了系统研究工作,具有重要的实际意义。论文主要的工作及研究成果如下:1.开展了海洋弱小动态目标的光学特性分析工作。首先介绍了海浪谱理论及常见的海浪谱模型,并针对典型的P-M(Pierson-Moscowitz)海浪谱模型完成海面几何仿真、分析了TDI(Time Delay and Integration)成像模式对海面成像的影响;其次,针对暗弱海洋目标检测的主要信息——尾迹进行分析,探究了尾迹模型受船只速度、尺寸等因素的影响结果,完成尾迹及其在TDI成像模式下的建模与仿真;最后,进行了海面对太阳及大气背景光学散射特性研究,针对太阳辐射特性及大气传输特性分析,结合Cox-Munk模型,建立了考虑遮蔽效应的海面散射模型,为系统指标分析与设计提供理论指导。2.开展了星载海洋弱小动态目标光学探测系统指标分析与系统设计的工作。根据对光学探测系统针对海洋弱小动态目标探测过程中涉及的尾迹尺度、目标-背景对比度、反射率分辨率等特性分析,通过成像系统全链路仿真完成了海洋弱小动态目标光学探测系统几个关键指标——几何分辨率、谱段、光学参数、成像参数的选择,同时结合实际工程需求完成了探测系统总体方案、光机系统方案、电子学系统方案的设计。3.开展了海洋弱小动态目标光学图像预处理与检测技术的研究工作。对海洋光学图像进行分析,提出了其在光照、响应非均匀及噪声等方面的典型特性,这三方面特性同时是影响海洋光学图像像质的三个主要因素。针对海洋光学图像响应非均匀性的校正,论文依次按照基于定标数据、基于实测数据与基于图像数据的三步校正方法,完成了从探测器响应的实验室标定到实际场景标定再到图像标定的全链路响应非均匀性校正。针对噪声特性,论文提出了涵盖混合重噪声的海面图像噪声模型,同时提出一种基于全变分及分裂Bregman的海面图像均匀照明场下的去噪模型。针对光照特性,论文结合海面图像位平面分解图像分析,提出了海面图像非均匀光照下的基于高斯型函数拟合的日光散射光晕模型,同时综合考量光照、噪声与响应非均匀性的影响,论文提出一种结合Retinex与全变分理论的新的非均匀照明场下海面图像去噪与增强模型,该模型在适当选择参数时也同时适用于均匀照明海面图像的去噪与增强。针对海洋弱小动态目标光学探测的应用需求,完成了海洋弱小动态目标检测的研究,针对海洋弱小船只目标与船只尾迹目标,分别提出了基于显著性理论的海洋弱小船只目标检测方法与基于方向Gabor变换的船只尾迹目标检测方法。两种方法可有效实现海洋弱小动态目标的发现。4.开展了海洋弱小动态目标光学探测试验。完成了试验系统构建、开展了机载飞行试验。针对试验获取的一系列数据完成了数据处理与分析工作。获取了海洋弱小动态目标光学图像响应非均匀性校正效果、海洋弱小动态目标光学图像去噪与增强效果、海洋弱小动态目标检测效果。结果表明,针对图像非均匀性,论文采用三步校正法可使图像数据的均匀性得到显著提升;针对图像噪声及光照问题,本文提出的方法可有效去除光晕与噪声的影响,去噪及增强后的整体灰度范围稳定适中,且图像本底海浪信息清晰;针对海洋弱小动态目标检测的研究,本文方法可实现弱小船只目标的有效检测,同时具备较强的抗噪声能力,性能优于同类对比方法;利用方向Gabor变换对暗弱船只尾迹信息进行检测的方法同样可有效实现尾迹信息的发现。