[發明專利]一種基于密度的快速海面SAR圖像超像素分割方法

有效

• 申請號: 202110420778.8
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113192078B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 李剛;王學謙;劉瑜;何友
• 申請（專利權）人: 清華大學;中國人民解放軍海軍航空大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/187
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本發明提出一種基于密度的快速海面SAR圖像超像素分割方法，屬于合成孔徑雷達圖像處理領域。該方法在訓練階段，獲取大小相同的純凈雜波子圖像和純凈含海面目標的子圖像，計算每張子圖像的密度向量并建立加權稀疏優化問題并求解，得到最優權重向量和最優偏差；在測試階段，獲取一張海面SAR圖像并劃分為多張子圖像，利用最優權重向量和最優偏差計算每張子圖像對應標簽，判定該子圖像是否可能含有目標；對所有可能含有目標的子圖像進行超像素分割，得到該海面SAR圖像的最終超像素分割結果。本發明通過在SAR圖像超像素分割前先行快速刪除大量的海雜波區域，再對剩余區域進行精細分割，顯著提升了現有超像素分割方法的計算速度和存儲效率。

技術領域

本發明屬于合成孔徑雷達(SAR)圖像處理領域，具體涉及一種基于密度的快速海面 SAR圖像超像素分割方法，可用于海面SAR圖像的超像素生成，即目前檢測前的預處理，加速目標分割和檢測過程。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)屬于一種主動成像傳感器，可提供海面艦船等目標的高分辨圖像。相比于光學、紅外等被動型傳感器，SAR圖像不受光照和天氣的影響，有全天候、全時段的監視能力。SAR圖像的超像素分割有助于提升后續目標檢測的速度，降低斑點噪聲的影響，在軍事海防、可持續漁業等軍事民用方面有著重要的應用。

近年來，眾多專家學者提出了多種SAR圖像超像素分割方法。然而，現有的超像素分割方法忽略了海面SAR圖像中目標像素的密度極低這這一特征，導致了較低的分割速度和較大的數據存儲負擔。

發明內容

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種基于密度的快速海面SAR圖像超像素分割方法。本發明通過在SAR圖像超像素分割之前先行快速刪除大量的海雜波區域，再對剩余區域進行精細分割，顯著提升了現有超像素分割方法的計算速度和存儲效率。

本發明提出一種基于密度的快速海面SAR圖像超像素分割方法，其特征在于，該方法分為訓練階段和測試階段；在訓練階段，首先分別獲取多張尺寸相同的純凈雜波子圖像和純凈含海面目標的子圖像，計算每張子圖像的密度向量；然后基于所有子圖像的密度向量建立加權稀疏優化問題并求解，得到最優權重向量和最優偏差；在測試階段，獲取一張海面SAR圖像并劃分為多張子圖像，利用最優權重向量和最優偏差計算該海面SAR圖像每張子圖像對應的標簽，通過標簽判定該子圖像是否可能含有海面目標；最后對所有可能含有海面目標的子圖像進行超像素分割，得到該海面SAR圖像的最終超像素分割結果。該方法包括以下步驟：

1)訓練階段；

1-1)確定稀疏度K，確定尺度因子α∈(0,1)；

分別獲取Q₁張純凈雜波子圖像和Q₂張純凈含海面目標的子圖像，兩種子圖像尺寸大小相同，每張子圖像大小為M₁×M₂，其中M₁代表子圖像的長，M₂代表子圖像的寬；

設定圖像塊大小P₁×P₂，其中P₁代表圖像塊的長，P₂代表圖像塊的寬，P₁被M₁整除，P₂被M₂整除；

1-2)對于步驟1-1)獲取的純凈雜波子圖像和純凈含海面目標的子圖像，按照設定的圖像塊大小對每張子圖像進行劃分，計算每張子圖像中每個圖像塊的密度值；

對于任一子圖像，該子圖像中每個圖像塊的密度值計算表達式如下：