近年来,伴随着“一带一路”倡议的提出和海上丝绸之路的建设,我国与世界各国之间的海上贸易活动愈加频繁,在我国周边海域进行活动的船只数量大幅度增加,给我国领海的航行安全、海洋治理提出了很大的挑战。为了维护我国的领海主权,保障周边海域的航行安全,对海上船只进行识别监测势在必行。由于短波红外成像技术具有透雾能力强、有效探测距离远、伪装识别能力强等优点,短波红外成像系统已经成为最适用于海上目标实时跟踪监测的实用系统。在实际应用中,受到短波红外探测器材料和海上复杂环境等因素的影响,海上短波红外成像系统获取到的图像对比度偏低,目标区域细节不足,给海上目标的识别监测带来了严重的影响。为了解决这一难题,本文在海上短波红外成像系统架构的基础上引入了高动态范围成像技术。该技术能够同时记录海上场景中过曝区域和欠曝区域的细节信息,还原场景的真实观感,有效保留海上目标的纹理细节。为了进一步提升海上短波红外成像系统的目标追踪监测能力,针对海上场景短波红外高动态范围成像相关的技术问题,本文主要进行了以下研究:1.针对不同时间、不同场景下海上短波红外图像的背景特性、噪声特性以及目标特性进行了系统性分析,为后续曝光控制和多曝光融合算法的设计提供了理论基础;2.针对海上短波红外成像系统在获取多曝光图像序列的过程中自动曝光不稳定的问题,本文在现有架构的基础上,提出了一种改进的自适应曝光控制算法。通过引入PID控制和双重基准值区间,有效地克服了强光照射的影响,实现了快速稳定无震荡地自动曝光调节;3.为了更好地获取场景内不同曝光度的短波红外图像,使其有效覆盖场景中所有目标区域的亮度范围,最大程度保留目标区域的细节,本文结合自适应曝光控制算法提出了一种基于灰度分割的曝光采样算法。通过对基准曝光图像进行阈值分割来实现长短积分时间的计算,该算法具有更好的海上复杂光照环境适应性;4.为了增强海上场景短波红外图像的对比度,保留欠曝和过曝区域的细节,同时易于硬件实现,本文在现有的多尺度曝光融合算法的基础上,提出了一种海上场景目标区域细节增强的多尺度多曝光图像融合算法。该算法在保留图像对比度和曝光度的同时实现了对图像过曝区域和欠曝区域的细节补充,获得了更好的视觉效果,有效地增强了海上场景目标区域的细节。