[發明專利]一種SAR圖像中艦船目標航向估計的方法

在審

• 申請號: 202110670832.4
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN113516056A
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發明（設計）人: 張曉玲;胥小我;王楠;張天文;師君;韋順軍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G01S13/90
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 曾磊

本發明公開了一種SAR圖像中艦船目標航向估計的方法，它主要包括準備數據集、基于旋轉最大值投影的角度估計、基于水平投影的艦船區域篩選、船頭和船尾提取、船頭和船尾切片收集、基于KNN的船頭和船尾識別、基于船頭和船尾的角度180°模糊去除七個部分。本發明基于準備數據集和旋轉最大值投影的角度估計實現了初步的角度估計結果，通過基于雙向投影的水平艦船區域篩選，船頭和船尾提取，船頭和船尾切片收集，基于KNN的船頭和船尾識別及基于船頭和船尾的角度180°模糊去除五個步驟，用來解決現有航向估計技術精度不高的問題。本發明僅需要少量的船頭切片和船尾切片做二分類識別基準，適用于SAR圖像不易獲取的場景。

技術領域

本發明屬于合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)圖像解譯技術領域，涉及一種提供SAR圖像中艦船目標航向估計的方法。

背景技術

合成孔徑雷達(SAR)是一種能夠全天時、全天候工作的主動式遙感技術。與光學傳感器相比，SAR可以穿透云霧，在惡劣的氣象條件下也可以完成觀測任務。隨著SAR成像分辨率的不斷提高，SAR圖像船只目標檢測技術成為了研究的熱點。特別的，在民用方面，SAR圖像船只檢測技術可以檢測搜索遭遇危險的船舶并展開搜救；在軍用方面，SAR圖像船只檢測技術可以監視海面從而維護國家安全。詳見文獻“王智勇,竇浩,田金文.SAR圖像艦船目標快速檢測方法研究[J].艦船電子工程,2016,36(09):27-30+88.”。

在合成孔徑雷達艦船屬性估計中，關于航向的屬性是一個重點。艦船屬性估計中的長度、寬度和航向估計均是基于目標是一個拉長簇的概念。最常用且有效的方法是以CFAR為基礎的各類檢測算法。但是，船舶的運動會在SAR圖像中造成模糊，即SAR成像可能會由于目標在波上的運動(旋轉和加速度)而導致目標在方位方向上模糊，模糊可能約為100m。這種行為嚴重限制了從船舶SAR圖像中獲取的信息量。除了在良好條件下拍攝的最高分辨率的SAR圖像外，在大多數情況下，從SAR圖像的特征提取的船舶的物理性質除了地理位置外，還局限于長度、寬度和航向，往往會出現較大的誤差。同時，在方位方向5°-10內的航向可能表示方位模糊而不是真實航向。此外，航向還存在模糊度180，這是因為船頭和船尾不能區分。因此，CFAR為基礎的算法將會導致不可靠的航向估計。詳見“Greidanus,H.；Alvarez,M.；Santamaria,C.；Thoorens,F.-X.；Kourti,N.；Argentieri,P.The SUMO ShipDetector Algorithm for Satellite Radar Images.Remote Sens.2017,9,246.”。

艦船目標航向估計中，總體思路應該是在保持可控的角度估計精度誤差基礎上，進行角度180°模糊去除。基于旋轉最大值投影方法的應用可以很方便的進行初步的艦船航向估計，且具有輕量快捷、可靠估計的特點，但是由于角度估計中不能區分船頭和船尾，仍會導致的模糊度180航向。

因此，為解決此問題，本發明提出了一種SAR圖像中艦船目標航向估計的方法。該方法引入了KNN算法，保證了可控誤差范圍內的角度估計精度。

發明內容

本發明屬于合成孔徑雷達(SAR)圖像解譯技術領域，公開了一種SAR圖像中艦船目標航向估計的方法，用來解決現有航向估計技術精度不足的問題。該方法主要包括準備數據集，基于旋轉最大值投影的角度估計，基于水平投影的艦船區域篩選，船頭和船尾提取，船頭和船尾切片收集，基于KNN的船頭和船尾識別，基于船頭和船尾的角度180°模糊去除七個部分。準備數據集和基于旋轉最大值投影的角度估計實現了初步的角度估計結果，后續的方法旨在進行180°模糊去除，包括了基于雙向投影的水平艦船區域篩選，船頭和船尾提取，船頭和船尾切片收集，基于KNN的船頭和船尾識別及基于船頭和船尾的角度180°模糊去除五個步驟。該方法的船頭識別精度為85％，船尾識別精度為100％，綜合平均精度為92.5％。角度估計精度誤差在可控范圍內，整體估計誤差約為±5°，達到了角度估計精度的要求。

為了方便描述本發明的內容，首先作以下術語定義：