[發明專利]一種SAR圖像艦船目標分割方法

有效

• 申請號: 201710034274.6
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106803078B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 王勇;郭天驕;謝俊好;李紹濱;李高鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G06T7/11;G06T7/136
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種SAR圖像艦船目標分割方法，其特征在于：一種SAR圖像艦船目標分割方法具體過程為：

步驟一、對原始圖像進行基于顏色和區域的水陸分離；

步驟二、對水陸分離后的圖像進行Otsu二值分割及區域分割獲得艦船大小；

步驟三、基于艦船大小設定背景窗，假設背景窗中的雜波為K-分布，估計K-分布參數，獲得閾值，基于該閾值分割艦船目標；

步驟四、對艦船目標進行開運算，得到分割后圖像；

SAR為合成孔徑雷達，Otsu為最大類間方差；

所述步驟一中獲取原始圖像，對原始圖像進行基于顏色和區域的水陸分離；具體過程為：

步驟一一、對原始圖像檢測RGB值，取RGB值中B值大于等于R值的部分作為水面；取RGB值中B值小于R值的部分作為陸地；

步驟一二、保留步驟一一中分離出來的水面最大的區域并標記為黑色，其他區域均視為陸地并標記為白色得到一幅二值圖像；

步驟一三、將步驟一二得到的二值圖像進行開運算和反色變換，具體如下:

使用元素對集合進行開運算，定義為

其中，為開運算，Θ表示腐蝕運算，表示膨脹運算；

A₁為步驟一二得到的二值圖像，B₁為半徑為原始圖像長寬和的1/60的圓形，再經反色變換使開運算后的二值圖像中水面變為白色，陸地變為黑色；

步驟一四、再對步驟一三反色變換后得到的圖像進行腐蝕運算，定義為

其中，A₂為步驟一三得到的二值圖像，B₂為半徑為原始圖像長寬和的1/600，至此完成水陸分離；

所述步驟二中對水陸分離后的圖像進行Otsu二值分割及區域分割獲得艦船大小；具體過程為：

步驟二一、對水陸分離后的圖像進行Otsu二值分割，公式如下：

如果當前閾值為t，原始圖像灰度大于等于t的像素為目標像素，原始圖像灰度小于t的像素為背景像素，令：

w₀為原始圖像前景點所占比例，w₁＝1-w₀為原始圖像背景點所占比例，u₀為原始圖像前景灰度均值，u₁為原始圖像背景灰度均值，u為原始圖像全局灰度均值，u＝w₀*u₀+w₁*u₁；

g＝w₀(u₀-u)*(u₀-u)+w₁(u₁-u)*(u₁-u)＝w₀*(1-w₀)*(u₀-u₁)*(u₀-u₁) (2)

式中，*為乘號，g為中間變量，取使g最大時的t為最優閾值；將大于或等于最優閾值的部分視為艦船目標并標記為白色，小于最優閾值的部分視為背景并標記為黑色；

步驟二二、將步驟一得到的水陸二值圖像與步驟二一得到的圖像進行與運算，得到一幅包含艦船目標和干擾物組成的二值圖像；

步驟二三、找出步驟二二中產生的二值圖像中所有白色區域，測量其長和寬，將各區域的長邊按升序排序，選取長邊升序排序第95％的值為a，將各區域的寬邊按升序排序，選取寬邊升序排序第95％的值為b，a、b即為艦船尺寸，a為艦船長，b為艦船寬；

所述步驟三中基于艦船大小設定背景窗，假設背景窗中的雜波為K-分布，估計K-分布參數，獲得閾值，基于該閾值分割艦船目標；具體過程為:

步驟三一、設定背景窗為空心正方形窗，其外邊長為步驟二三中確定的a和b的最大值max(a，b)，內邊長比外邊長小30％，設定目標窗為與背景窗同心的正方形窗，邊長為背景窗外邊長的五分之一；

步驟三二、以K-分布對背景窗內像素進行建模，估計閾值T，具體如下：

如下表達式為K-分布概率密度函數：

式中，L是統計視數，x為背景窗內像素灰度值，μ為背景窗內像素灰度值均值，v是形狀參數，K_v-L表示v-L階修正二類Bessel函數，Γ(v)為v的伽馬函數，Γ(L)為L的伽馬函數；閾值T滿足

式中P_fa為虛警概率；

該概率密度函數P(x)中含有兩個參數v、L；L的估計方法為

式中σ為背景窗內像素灰度值標準差；

v的大小為

v＝6.1L+1.25 (6)

估計v，L完畢后，開始利用公式4求解閾值T；

步驟三三、保留目標窗內高于閾值的像素，將目標窗內低于閾值的像素灰度值設為0；

步驟三四、令目標窗和背景窗在原始圖像中滑動，直到原始圖像中所有像素均被檢測，得到艦船目標；

所述步驟四中對艦船目標進行開運算，得到分割后圖像；具體過程為：

將步驟三得到的艦船目標進行開運算，

A′為步驟三四得到的艦船目標圖像，B′為一條水平線段，其長度為max(a，b)的1/9，至此完成對整幅SAR圖像的分割處理。