[發明專利]一種基于船頭點輔助的遙感圖像艦船目標檢測及航向判別方法

在審

• 申請號: 202310560249.7
• 申請日: 2023-05-18
• 公開（公告）號: CN116503754A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 楊小岡;張濤;陳璐;盧瑞濤;謝學立;申通;夏文新;張震宇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: G06V20/13
• 分類號: G06V20/13;G06V10/25;G06V10/40;G06V10/82;G06V10/46;G06T7/60;G06T7/70
• 代理公司: 西安匯恩知識產權代理事務所(普通合伙) 61244
• 代理人: 張偉花

本發明提出了一種基于船頭點輔助的遙感圖像艦船目標檢測及航向判別方法。該方法為：獲取目標艦船的遙感圖像，采用艦船中心點估計子網絡提取遙感圖像目標艦船的特征，預測艦船目標的中心點位置、中心點回歸偏移量，以及艦船目標的寬度和高度；采用船頭點估計子網絡提取遙感圖像目標艦船的船頭特征，預測艦船目標的船頭點位置、船頭點回歸偏移量，以及確定艦船目標的最終船頭點位置；連接預測的船頭點位置和中心點位置，確定艦船目標的旋轉角度，從而判別艦船目標的航行方向。本發明該方法將不連續的角度回歸問題轉化為連續的艦船目標的船頭點、中心點估計問題，實現艦船目標檢測及航向判別。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，具體涉及一種基于船頭點輔助的遙感圖像艦船目標檢測及航向判別方法。

背景技術

隨著眾多高分遙感衛星升空，獲取海面艦船目標數據的能力大幅提升，這為建設海洋強國提供了重要支撐。同時基于遙感圖像的艦船目標檢測和航向識別方法，是判別艦隊隊形、態勢、跟蹤等下游任務的基礎。如何進一步提高遙感圖像艦船目標檢測性能以及實現艦船航向的判別是目前研究的熱點。

目前空對地檢測識別方法中目標的標注方式分為旋轉框和水平框，一般通用目標檢測可用水平框進行標注，但這種方法對于方向任意、排列密集、背景復雜的艦船目標并不適用，標注密集艦船的水平框大量重疊會導致背景信息冗余檢測精度降低，且不能有效反映其船頭船尾的朝向。采用旋轉框標記遙感艦船目標能提取較為精確的特征、位置、方向等信息。

隨著深度學習技術的發展不斷涌現，遙感圖像目標檢測作為一大分支也備受關注。起初部分學者直接將通用目標的檢測方法遷移到遙感圖像艦船目標檢測中，避免了傳統復雜的特征選擇和提取，相比手工特征提取，其提升在復雜場景中對艦船目標的檢測能力和速度。但這些工作采用水平框標注且沒有考慮艦船目標本身特性，如目標極端寬高比、旋轉多方向性等，這會引出過多的背景噪聲造成檢測精度受限。為解決水平框標記艦船目標的局限性，將角度信息引入了特征提取網絡，增加一條角度預測支路，將原本水平框按預測的角度進行旋轉，以貼合艦船極端寬高比的艦船目標；但極端寬高比的艦船目標對于角度的變化十分敏感，而角度變化具有周期性，使得角度回歸存在邊界問題，造成角度回歸訓練困難。有學者提出了將角度信息轉化為分類問題，這些方法一定程度上緩解了角度周期性造成的損失函數不連續問題，但仍存在小范圍的邊界振蕩。當前針對遙感圖像艦船目標的研究方向，主要集中在檢測與識別問題上，對艦船航向、編隊隊形判別等研究還相對較少，這也是由于旋轉框標記缺少方向性，不能直接反映船頭與船尾朝向。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供了一種基于船頭點輔助的遙感圖像艦船目標檢測及航向判別方法，該方法將不連續的角度回歸問題轉化為連續的關鍵點估計問題，實現艦船目標檢測及航向判別。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種基于船頭點輔助的遙感圖像艦船目標檢測及航向判別方法，其特征在于，包括：

S1、將采用帶船頭點的旋轉框標記任意方向排列的艦船目標，艦船目標用(c_x,c_y,w,h,h_x,h_y)表示，(h_x,h_y)表示艦船目標的帶船頭點坐標，(c_x,c_y)表示為艦船目標旋轉框的中心點坐標，w表示艦船目標的寬度，h表示艦船目標的高度；

S2、在特征提取網絡中引入方向不變模型和SimAM無參注意力機制，提取旋轉不變的船頭點和中心點特征圖；

S3、選取中心點特征圖的頂點作為中心點，形成艦船中心點估計子網絡，預測艦船目標的中心點位置、中心點回歸偏移量，以及艦船目標的寬度和高度；

S4、提取船頭點特征圖中潛在頭部點，形成船頭點估計子網絡，預測艦船目標的船頭點位置、船頭點回歸偏移量，以及確定最終艦船目標的船頭點位置；