任何自然界中的物體都在不停地向外輻射紅外光，都屬於紅外光輻射源。紅外成像技術就是一種利用物體發出的紅外熱輻射進行光電成像的技術，它可以將熱訊號轉換為人類視覺可以分辨的圖形和影象。自然界中不同物體的材質和溫度是不一樣的，即使是同一物體，不同部位的成分和溫度也不盡相同，由於紅外線對溫度的敏感度高，物體之間微小的溫度差異可以透過熱紅外影象展現出來［1］。相比於可見光、雷達、鐳射等成像方式，

紅外成像技術的優點在於其無需藉助外部環境光源，可依靠物體自身發出的熱輻射進行成像，因此在微弱光線下仍具有較好的成像能力，能夠24小時全天候工作。

由於紅外線的波長較大，而散射強度與入射光的波長成反比［2］，因此紅外成像

不受雨雪、風霜等惡劣環境影響，探測能力強，成像清楚，準確度高。此外，它能識別偽裝、抗干擾、目標明確以及具有很強的隱蔽性，這一點在軍事應用中尤為重要。

儘管紅外成像有很多優勢且廣泛應用於軍事和民用方面，但由於紅外線長波長、目標物自身的輻射較弱、紅外探測器的效能較差等因素的影響，紅外影象通常存在一些缺陷：

1）信噪比低

紅外影象中信噪比是指目標物件自身的熱輻射生成的訊號與影象中各種干擾訊號即噪聲的比例。信噪比越大，紅外影象的質量越好，更有利於視覺觀察和進一步處理分析。外界環境的隨機干擾和紅外成像系統的不完善，給紅外影象帶來多種多樣的噪聲，如散粒噪聲、熱噪聲、電流引起的噪聲等。這些分佈複雜的噪聲使得紅外影象的信噪比低而不利於後續環節如影象融合、目標檢測識別的處理。

2）對比度低

對比度對視覺效果的影響非常關鍵，一般來說對比度越大，影象越清晰醒目，色彩也越鮮明豔麗；而對比度小，影象也越模糊，人眼不易辨別。高對比度對於影象的清晰度、細節表現、灰度層次表現都有很大幫助。紅外影象本身是灰度影象，沒有色彩或者陰影，因此，紅外影象的對比度只能依靠目標物體和背景之間的溫差來得到。物體和其周圍環境的熱量變換通常是不斷變化的，成像熱平衡不穩定，使得紅外影象對比度較低。

3）解析度低

影象解析度指影象中儲存的資訊量，是每英寸影象內有多少個畫素點，影象解析度通常體現影象的清晰度。在紅外成像系統中，紅外影象中的畫素點數目通常受紅外探測器的面積和其像元的數量的影響。由於紅外焦平面探測器硬體受技術條件和製作水平的限制，紅外影象的解析度通常比較低。儘管可以使用改進的硬體光學系統生成高解析度紅外影象，但是硬體的高昂成本和物理限制使其難以廣泛應用。因此，在不改變硬體成像裝置的情況下，透過輸入低解析度紅外影象，重建高解析度影象，提高紅外影象的質量，符合應用要求。此外，根據傅立葉光學，

光學系統由於衍射效應存在著截止頻率。紅外線是波長介乎微波與可見光之間的電磁波，其波長通常是760nm~1mm，是波長比紅光長的非可見光，對應頻率約是在430 THz到300 GHz的範圍內。根據瑞利準則，理想光學系統的解析度的下限為，其中是探測器工作波長，是光學系統引數。由於紅外波長的衍射極限通常比探測儀像元要大，而工作波長越長，探測器的最小解析度越大，成像的解析度則越低［3］，因此，紅外影象通常解析度較低。

空間解析度是衡量紅外成像結果的一個重要指標，高空間解析度的紅外影象能提供目標物體更多的紋理資訊，空間解析度越高，其精準定位、目標檢測識別的能力越好。因此，高分辨的紅外影象

在軍事、監控、醫療診斷、遙感等領域有著廣泛的應用需求。直接改善成像系統的硬體設施即提高探測器的製造，使紅外焦平面上單位像元密度提升，從而增加整體像元數量，提高成像解析度。但由於硬體物理的限制，這樣的成像儀制作困難、成本昂貴。因此，在現有的硬體水平的基礎上，對紅外影象超解析度重建是提高紅外影象質量的一種有效方法。該方法透過利用計算機對獲取的低解析度紅外影象進行處理，得到相應的高質量的紅外影象，能在很大程度上減少硬體設施成本。

隨著深度學習的發展，研究人員嘗試透過設計深度神經網路來解決超解析度重建問題。Dong C等人［4］提出的SRCNN首次使用深度學習來完成超解析度重建任務，模型能夠自主學習低解析度影象和高解析度影象間的非線性對映關係，不需要人工設計特徵。2017年，Ledig C 等人［5］提出了SRGAN，首次將生成對抗網路（Generative Adversarial Network，GAN）應用於影象超分辨領域，考慮了人類的視覺滿意度，提高了重建影象的視覺效果和真實感。本專案擬結合生成對抗網路技術，輸入低解析度紅外影象，在無需昂貴的硬體設施投入成本的前提下，獲得對應的高解析度的影象，以滿足其進一步在軍事、醫療等領域的研究和應用要求。

潛在的應用領域有：

1）

軍事領域

在運用衛星進行軍事偵察和目標定位，所成的影象質量受到衛星自身硬體水平、成像條件、傳輸狀況等因素的影響，獲得的影象質量往往較差，紅外影象生成對抗網路技術能重建高空間解析度的影象，有利於偵察和觀測。此外，在

導彈的制導和飛機進行導航等各種軍事裝置中，

紅外影象生成和對抗網路技術能夠協助完成軍事成像、偵察和探測等任務，具有較高的隱蔽性和抗干擾性。它在海、陸、空等各大領域得到了很大的發展和應用，能極大地提高多種軍事裝備的作戰能力。

2）監控領域

很多紅外監控系統由於受到監控內容儲存、成本的限制以及惡劣天氣的影像，得到的監控畫質較差，紅外影象生成對抗網路技術可以在霧霾、雨雪以及沙塵暴等惡劣環境下獲得高空間解析度的影象。因此，可以為公共安全區域、辦公區域等提供高質量的監控服務，同時也可為識別罪犯和通緝提供重要線索。

3）醫療領域

在疾病診斷和治療過程中，利用紅外影象生成式對抗網路技術獲得的影像能夠給醫生提供更豐富的資訊，從而能對病原的位置、性狀等做出更準確的診斷和更精準的治療。

4）工業檢測領域

由於紅外成像技術是利用目標物的熱輻射成像，且其對溫度很敏感，因此它能夠檢測工業裝置的過熱點、不良點等故障部分，進而可以及時進行裝置維修，能很好地預防短路、火災等危險事故的發生。

5）生態領域

紅外成像技術因其波長特點可以快速準確地檢測森林植被失火地點以及輔助推測火勢的蔓延趨勢。高質量的紅外影象能為防護人員和救援人員提供更多的細節資訊，使得他們能及時地發現火災並制定更合理的滅火方案。