[發(fā)明專利]一種基于水環(huán)境降噪的船舶目標(biāo)檢測方案

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110007513.5
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112598601A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羊箭鋒;謝海成;周怡;嚴(yán)榮慧
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州星航綜測科技有限公司;蘇州大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06K9/62
• 代理公司: 北京中仟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11825
• 代理人: 田江飛

本發(fā)明公開了一種基于水環(huán)境降噪的船舶目標(biāo)檢測方案結(jié)合了漸變模糊濾波、支持向量機(jī)的水紋噪聲分類器兩種濾波方式。航道監(jiān)控圖像中船舶目標(biāo)、水紋噪聲的大小和特征豐富程度與目標(biāo)在圖片中的位置具有相關(guān)性，因此得到漸變?yōu)V波算法公式，基于支持向量機(jī)的面積尺寸分類器，并通過迭代學(xué)習(xí)，得到船舶目標(biāo)和噪聲目標(biāo)的面積尺寸的分類邊界線得到基于支持向量機(jī)的噪聲濾波公式。通過結(jié)合多種降噪算法，對基于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識別的輸出結(jié)果進(jìn)行水紋噪聲濾除過程，經(jīng)現(xiàn)場環(huán)境測試結(jié)果顯示，可濾除全部的水環(huán)境噪聲，同時(shí)仍具備對船舶目標(biāo)的準(zhǔn)確捕捉，提高運(yùn)動(dòng)檢測算法對船舶識別的準(zhǔn)確率，達(dá)到船舶目標(biāo)識別的應(yīng)用需求，為船舶監(jiān)控調(diào)度提供準(zhǔn)確依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及船舶目標(biāo)檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于水環(huán)境降噪的船舶目標(biāo)檢測方案。

背景技術(shù)

隨著內(nèi)河水運(yùn)的快速發(fā)展，航道中船舶種類、數(shù)目不斷增多，不僅包括貨船、游船等大型船舶，還有漁船、農(nóng)用自備船、游艇等各類小型船舶，使得航道和港口變得更加擁擠，船舶碰撞的風(fēng)險(xiǎn)也隨之增長。如何建立一套智能化的船舶監(jiān)管平臺對關(guān)鍵水域上所有的船舶進(jìn)行識別、定位以及可視化監(jiān)管是當(dāng)前航道安全監(jiān)管亟需解決的問題。

傳統(tǒng)的船舶監(jiān)控系統(tǒng)主要通過AIS、VITS實(shí)現(xiàn)，屬于被動(dòng)式監(jiān)管手段，需要在船舶處安裝終端設(shè)備，但漁船、農(nóng)用自備船、水上游艇等小型船舶無安裝AIS、VITS的條件，且部分已安裝終端存在設(shè)備下線的可能性，導(dǎo)致的現(xiàn)有的船舶監(jiān)控系統(tǒng)一直存在監(jiān)控盲點(diǎn)。同時(shí)AIS、VITS具有定位誤差和數(shù)據(jù)更新延時(shí)的缺點(diǎn)，船舶實(shí)際的位置與系統(tǒng)中獲取的位置有明顯的誤差，基于AIS、VITS的船舶監(jiān)控系統(tǒng)無法滿足全面、準(zhǔn)確、可靠的航道船舶監(jiān)控需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于水環(huán)境降噪的船舶目標(biāo)檢測方案，以克服現(xiàn)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測技術(shù)中在船舶監(jiān)控應(yīng)用場景中由于水環(huán)境的復(fù)雜、持續(xù)性噪聲對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測技術(shù)帶來的識別干擾。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于水環(huán)境降噪的船舶目標(biāo)檢測方案結(jié)合了漸變模糊濾波、支持向量機(jī)的水紋噪聲分類器兩種濾波方式。

具體方案為：依據(jù)航道監(jiān)控高縱深的成像特點(diǎn)，水環(huán)境噪聲分布多處于監(jiān)控視角近處，且在相同距離下水環(huán)境噪聲面積比船舶目標(biāo)面積有顯著的區(qū)別；

航道監(jiān)控圖像中船舶目標(biāo)、水紋噪聲的大小和特征豐富程度與目標(biāo)在圖片中的位置具有相關(guān)性，距離近且在監(jiān)控圖像下方的船舶目標(biāo)面積較大、水紋噪聲多，距離遠(yuǎn)且在監(jiān)控圖像中處于上半部分的標(biāo)船舶面積小、水紋噪聲少，因此漸變?yōu)V波算法如(1)所示，

其中h代表圖像中像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)，即近處的、更靠近圖像下方的水域?yàn)V波模板較大，遠(yuǎn)處的位于圖像上方的水域?yàn)V波模板小；

基于支持向量機(jī)的噪聲濾波：通過漸變模糊算法可以濾除一些細(xì)小的水紋噪聲，但對波浪等特征豐富的水紋噪聲無法有效濾除，本基于支持向量機(jī)的噪聲濾波方式對大量船舶目標(biāo)、水紋噪聲的面積占比與距離的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，船舶與水紋噪聲空間關(guān)系存在明顯的分界區(qū)域，因此基于支持向量機(jī)的面積尺寸分類器，并通過迭代學(xué)習(xí)，得到船舶目標(biāo)和噪聲目標(biāo)的面積尺寸的分類邊界線，如式(2)所示，x代表其運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊框離攝像頭的距離，y代表運(yùn)動(dòng)目標(biāo)邊框與畫面的面積占比，依據(jù)此分類器識別哪些屬于真實(shí)船舶目標(biāo)，哪些屬于水紋噪聲，并濾除水紋噪聲目標(biāo)框，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水紋噪聲去除效果；

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過結(jié)合多種降噪算法，對基于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識別的輸出結(jié)果進(jìn)行水紋噪聲濾除過程，經(jīng)現(xiàn)場環(huán)境測試結(jié)果顯示，可濾除全部的水環(huán)境噪聲，同時(shí)仍具備對船舶目標(biāo)的準(zhǔn)確捕捉，提高運(yùn)動(dòng)檢測算法對船舶識別的準(zhǔn)確率，達(dá)到船舶目標(biāo)識別的應(yīng)用需求，為船舶監(jiān)控調(diào)度提供準(zhǔn)確依據(jù)。

1、漸變模糊濾波算法，充分考慮航道監(jiān)控中船舶由遠(yuǎn)及近的產(chǎn)生的目標(biāo)面積變化，設(shè)計(jì)漸變的濾波模板尺寸，在對近處圖像模糊的基礎(chǔ)上，還保留遠(yuǎn)處小目標(biāo)船舶的細(xì)節(jié)特征。