[發(fā)明專利]先驗地理信息輔助下的光學遙感影像艦船檢測方法

有效

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• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103886285B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 眭海剛;宋志娜;付琬潔;王煜杰
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/32;G06T7/11;G06T7/194
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 嚴彥

技術領域

本發(fā)明涉及遙感影像處理技術領域，尤其是涉及一種基于先驗地理信息的遙感影像復雜場景中艦船的高精度可靠檢測方法。

背景技術

艦船作為海上運輸載體和重要的軍事目標，其自動檢測與識別具有非常重要的現實意義，在艦船尋找與救助、捕魚船監(jiān)視、非法移民、保衛(wèi)領土、反毒品、艦船非法傾倒油污檢測與海上運輸管理等方面都有著廣泛的應用。光學遙感影像由于具有覆蓋幅度寬、重訪周期短、成像分辨率高、內容豐富、符合人類直觀理解等特點，使之成為艦船檢測的最有效手段。

在高分辨率復雜光學影像上進行艦船檢測存在如下難題：（1）在復雜海洋環(huán)境條件下，海面在衛(wèi)星遙感影像上呈現雜亂無章的魚鱗光、大面積反光區(qū)域、不規(guī)則運動的豐富紋理波浪等，中小型艦船目標可能會隱藏在復雜的背景雜波中，從而影響艦船目標的檢測與識別。（2）艦船目標影像上海況(風浪)、氣象(云霧)、水色等造成遙感影像中海陸特性不穩(wěn)定、周邊小島等干擾非常多，復雜多變的背景使目標與背景的可分離性太差，艦船檢測難度大。（3）高分辨率遙感影像的種類較多、尺度不一，影像中目標細節(jié)會有差異，且艦船目標由于本身類內差異較大（航母、軍艦、商船、漁船等），導致出現“同類別異特性”和“同特性異類別”的現象，從而使得艦船目標有效特征提取困難，給遙感目標的快速有效檢測與識別帶來了新的挑戰(zhàn)。

對于高分辨率光學影像中的艦船目標檢測，通常包括對海上艦船和港口靠岸艦船的檢測兩類。由于海面自然背景與艦船在灰度特性上對比比較明顯，檢測較為容易，因此目前大多數文獻主要針對海面艦船檢測開展研究。對于碼頭停靠的艦船，由于其背景區(qū)域包括海面和人造目標碼頭，近岸艦船的灰度、紋理特征與岸上設施非常相近，且由于二者經常粘連以及陰影的影響，使得靠岸艦船自動檢測難度大，文獻較少。

現有的艦船目標檢測的算法大體上首先進行海陸分離；并在此基礎上利用艦船目標與海洋背景的差異，從海域中獲取包含艦船目標的疑似候選區(qū)域；最后在候選區(qū)域中利用艦船特征與其它干擾因素（云、海浪、雜波、海島等）進一步區(qū)分，進行艦船目標的確認與分類。典型的方法包括基于灰度統(tǒng)計特征、基于分形理論、基于視覺注意模型三大類。基于灰度統(tǒng)計特征的方法主要利用水體與艦船目標的灰度統(tǒng)計差異性特征（灰度、影像信息熵、形態(tài)學對比度、局部統(tǒng)計方差等）進行影像分割，從而獲取艦船目標候選區(qū)域。該類方法一般適用于海面較為平靜、紋理均勻且水體灰度較低的情況。而對于海面復雜的情況，如大海浪、云層遮擋或水體灰度較亮、噪聲、陰影等干擾因素，加上艦船目標的黑白極性，同一艦船目標不同部位的灰度特征也不一致，此方法易產生較多的漏警和虛警。基于分形理論的方法利用自然景物和艦船目標的分形維數有一定的差別原理，根據此差異使得運用分形理論和技術進行艦船檢測成為可能，其檢測結果穩(wěn)定，優(yōu)于邊緣檢測、閾值分割，但當背景比較復雜時，如受到云霧等干擾時，背景自相似性降低，用分形模型擬合誤差較大，算法檢測效率比較低。近年來由于視覺注意方法將人類視覺系統(tǒng)可快速聚焦于感興趣區(qū)域的特性而被引入到艦船目標候選區(qū)域的提取中，該模型通過模擬人腦的視覺神經機制，兼顧了局部的隨機性和全局的規(guī)律性，檢測結果連通性較好，對噪聲、模糊、對比度和亮度均有很好的魯棒性。但其對于影像尺度變化敏感，在不同尺度上的“顯著性目標”差異較大，當影像是覆蓋面積很廣，包含陸地、島嶼等地物的巨幅遙感影像時，艦船相對于整幅影像不再是顯著目標，此時基于視覺注意模型的方法不再有效。

盡管以上這些方法都在不同程度上解決了艦船檢測的問題，但存在以下問題：1）現有提取艦船目標特征的方法往往只針對特定的影像、小范圍影像塊進行處理，提取的特征局限性大，檢測效率低，不能適用于大范圍復雜海況影像上的艦船檢測；2）由于影像質量、復雜背景下海浪、云霧、海島和艦船本身多樣性的干擾，導致現有方法檢測艦船目標的虛警和漏檢率高，檢測結果可靠性不高；3）靠岸艦船檢測關注較少，即使有些方法利用了先驗地理信息進行海陸分離，但主要應用于粗略估計海陸位置進行海面艦船檢測。實際情況中靠岸艦船由于灰度、紋理特征與岸上設施非常相近，且由于二者經常粘連以及陰影的影響，使得靠岸艦船檢測更為復雜。總的來說現有艦船檢測方法普適性、可靠性均有待提高，特別對于復雜場景精度不高。因此需要迫切尋找一種檢測效率高、普適性高且兼顧海面與靠岸艦船的檢測方法。

發(fā)明內容

為了克服現有技術缺陷，本發(fā)明提出了一種基于先驗地理信息輔助下的復雜遙感影像中艦船檢測方法。

本發(fā)明提出了一種先驗地理信息輔助下的光學遙感影像艦船檢測方法，包括以下步驟：