在高新技术兵器迅速发展的当今世界,基于红外探测的各类武器系统已成为世界各国重点研究和发展的项目之一。红外成像目标检测与跟踪技术一直是红外成像系统中的技术难点和亟待解决的问题。因此,提高目标的检测能力尽早获取来袭目标的相关信息对于提高武器系统的性能具有重要的意义。首先,本文分析了现有的多光谱成像机制和现有成像设备的优缺点。设计了一种能够在同一成像装置上同时获取多个频段图像的多光谱成像探测机制;从而从获取图像效果上增强目标特性,以便在后期对多光谱图像进行处理后获取更高对比度的目标图像,方便后续的图像检测和跟踪。其次,研究了红外小目标在空域和频域下的几种主要的图像预处理算法;由于目前缺乏一种能够在同一框架下很好的处理不同背景下红外小目标图像的方法,本文研究了SVD分解红外小目标中奇异值的特性,理论和实验分析了点目标奇异值和位置、大小、强度之间的关系;并从实际图像中分析得出小目标点是部分奇异值与其对应U矩阵和V矩阵的组合。为了提取小目标所属的那部分奇异值对图像进行重构,提出了一种基于奇异值预测曲线和原始奇异值曲线差的差分百分率曲线的重构算法。实验和现有方法对比表明,该方法能够很好的提高图像的信噪比,抑制背景杂波。最后,针对小波能量交叉提取小目标的算法只能在水平、垂直和对角线方向上进行能量交叉的现状,结合NSCT域中目标点、背景和噪声能量特征的不同,提出了一种基于NSCT多方向能量交叉的小目标检测算法。实验表明,该方法能够很好检测出小目标,提高了小目标的检测率。