專利名稱：一種基于恒虛警率的影像艦船檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雷達(dá)影像艦船檢測(cè)方法，特別是涉及一種基于恒虛警率的遙感影像艦船檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
艦船目標(biāo)檢測(cè)可用于特定海域的水運(yùn)交通、遇難船只救助、非法捕魚、非法走私、 艦船非法傾倒油污等的監(jiān)測(cè)和管理，在管理海運(yùn)交通、提高海防預(yù)警能力、維護(hù)海洋權(quán)益等方面具有重要意義，是海洋環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。隨著遙感技術(shù)手段在海洋觀測(cè)中的廣泛應(yīng)用，通過遙感影像進(jìn)行海上艦船目標(biāo)的檢測(cè)已成為可能，但光學(xué)遙感影像在海洋應(yīng)用中受限于多變的海洋天氣，難以實(shí)現(xiàn)宏觀、長(zhǎng)期、連續(xù)、動(dòng)態(tài)的海洋觀測(cè)。合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)具有觀測(cè)范圍廣、觀測(cè)周期短、數(shù)據(jù)時(shí)效強(qiáng)、空間分辨率高、全天候和全天時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，因而近年來被廣泛應(yīng)用于包括艦船在內(nèi)的海洋目標(biāo)檢測(cè)研究中。世界各國(guó)研究學(xué)者對(duì)于利用SAR影像進(jìn)行艦船目標(biāo)檢測(cè)都十分重視，開展了多項(xiàng)關(guān)于SAR艦船檢測(cè)的研究項(xiàng)目，美國(guó)、加拿大、挪威、英國(guó)和我國(guó)都開展了 SAR影像艦船目標(biāo)及其尾跡研究的實(shí)地實(shí)驗(yàn)研究；各國(guó)還開發(fā)了多個(gè)針對(duì)SAR影像的艦船目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，例如加拿大的OMW系統(tǒng)、歐洲聯(lián)合中心的SUMO系統(tǒng)、法國(guó)Boost-Technologies公司的SARTool系統(tǒng)，以及我國(guó)的SiipkrveiIlance系統(tǒng)等。艦船目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)大都根據(jù)艦船SAR影像上呈現(xiàn)為典型的亮目標(biāo)，通過各類艦船目標(biāo)檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)艦船提取。，基于雷達(dá)信號(hào)的恒虛警率(Constant False Alarm Rate, CFAR)的艦船檢測(cè)方法是目前應(yīng)用最為廣泛的一種方法，在其基礎(chǔ)上衍生的雙參數(shù)CFAR方法、單元平均CFAR方法的應(yīng)用集中于空間分辨率較低的SAR影像，K-分布CFAR方法則主要用于高空間分辨率RADARSAT影像的艦船檢測(cè)，KSW雙閾值圖像分割方法同樣適應(yīng)于高分辨率SAR影像，而多極化檢測(cè)方法只能應(yīng)用于具有多極化通道觀測(cè)的SAR影像。ENVISAT衛(wèi)星是歐空局的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星系列之一，于2002年3月1日發(fā)射升空，在ENVISAT-1衛(wèi)星上載有多個(gè)傳感器，分別對(duì)陸地、海洋、大氣進(jìn)行觀測(cè)，其中最主要的是名為ASAR(Advanced SyntheticAperture Radar)的合成孔徑雷達(dá)傳感器，作為一種先進(jìn)的合成孔徑雷達(dá)傳感器，ASAR在繼承SAR優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上， 在雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的覆蓋范圍、入射角范圍、極化方式和操作模式等方面還具有其獨(dú)特之處， 在海洋目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但目前絕大多數(shù)SAR影像艦船檢測(cè)方法，均是針對(duì)較早發(fā)射的ERS-1/2、RADARSAT-1衛(wèi)星的SAR傳感器，不能直接使用面向SAR影像的艦船檢測(cè)方法從ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)中提取艦船?？刹榈拿嫦駿NVISAT ASAR影像的艦船檢測(cè)方法僅有法國(guó)Boost-Technologies公司SARTool系統(tǒng)的艦船檢測(cè)功能，但該功能的實(shí)現(xiàn)方法并未公開，且難以實(shí)現(xiàn)大批量影像的艦船檢測(cè)，識(shí)別結(jié)果難以導(dǎo)出用于后續(xù)分析。 Boost-Technologies ^ Guillaume H ajduch ^t 2006 ^Ξ SEASAR, Advances in SAR Oceanography fromENVISAT and ERS Missions會(huì)議中撰文“Ship Detection on ENVISAT ASAR Data =Results,Limitations and Perspectives，，，提出了從ENVISATASAR影像中檢測(cè)艦船的技術(shù)框架，并給出了艦船檢測(cè)結(jié)果的示例，但文章并未對(duì)ENVISATASAR影像艦船檢
4測(cè)的具體方法進(jìn)行闡述。此外，現(xiàn)有的艦船目標(biāo)檢測(cè)方法獲取的檢測(cè)結(jié)果為艦船目標(biāo)-背景二值影像，不能在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)其進(jìn)行有效管理，不能直接對(duì)其進(jìn)行空間查詢、分析等操作，很難直接應(yīng)用于海洋環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)分析。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種基于恒虛警率的影像艦船檢測(cè)方法，生成矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)，解決現(xiàn)有公開的雷達(dá)影像艦船檢測(cè)方法不能提取ENVISAT ASAR影像艦船目標(biāo)，以及艦船檢測(cè)結(jié)果為艦船目標(biāo)-背景二值影像，難以直接應(yīng)用于海洋環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)分析的問題。2.本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種基于恒虛警率的影像艦船檢測(cè)方法，步驟如下步驟1 通過衛(wèi)星遙感地面接收站獲取ENVISAT ASAR Level IB級(jí)影像數(shù)據(jù)，讀取 ENVISAT ASAR影像，進(jìn)行從原始數(shù)據(jù)格式.Nl向帶有空間參考的JPG數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；步驟2 讀取格式轉(zhuǎn)換后的ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)至一維16位整型數(shù)組，作為檢測(cè)窗口滑動(dòng)檢測(cè)的對(duì)象；步驟3 設(shè)定基于恒虛警率的ENVISAT ASAR影像艦船檢測(cè)窗口，共設(shè)定三個(gè)滑動(dòng)窗口 目標(biāo)窗口 T，保護(hù)窗口 P，背景窗口 B，大小分別為3X3，5X5，7X7個(gè)影像單元點(diǎn)；步驟4 滑動(dòng)檢測(cè)窗口，以待檢測(cè)影像單元點(diǎn)為中心，計(jì)算目標(biāo)窗口均值μ t，背景窗口的均值P b，背景窗口的標(biāo)準(zhǔn)偏差Ob ；步驟5:設(shè)定虛警率檢測(cè)控制系數(shù)t = 50，艦船目標(biāo)檢測(cè)準(zhǔn)則yt> yb+obt，滿足該準(zhǔn)則的待檢測(cè)影像單元點(diǎn)判定為艦船目標(biāo)，否則判定為影像背景，完成遍歷后生成艦船目標(biāo)-背景二值影像，其中艦船目標(biāo)值為1，影像背景值為0 ；步驟6 遍歷艦船目標(biāo)-背景二值影像，生成矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)文件。上述步驟1讀取ENVISAT ASAR影像的方法如下利用ENVI IDL讀取ENVISAT ASAR 原始數(shù)據(jù)格式* . Nl數(shù)據(jù)，通過ENVI_ENVISAT_GE0REF_D0IT方法進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，生成帶輸入ENVISAT ASAR影像空間參考的JPG格式數(shù)據(jù)；上述步驟2讀取JPG格式的ENVISATASAR影像數(shù)據(jù)的方法如下利用GDAL構(gòu)建影像數(shù)據(jù)為Dataset數(shù)據(jù)集，利用Dataset的Read方法讀取影像數(shù)據(jù)灰度數(shù)據(jù)至一維16位整型數(shù)組W，數(shù)組第i *C0lUmnNUmber+j個(gè)位置的值對(duì)應(yīng)影像數(shù)據(jù)第i行，第j列影像單元點(diǎn)的灰度值，i的取值范圍為0至rowNumber-1，j的取值范圍為0至columnNumber-l，其中 columnNumber為影像的列數(shù)，rowNumber為影像的行數(shù)；上述步驟4計(jì)算窗口均值μ與標(biāo)準(zhǔn)偏差ο的方法如下在計(jì)算背景窗口均值Pb 和標(biāo)準(zhǔn)偏差σ b時(shí)，位于保護(hù)窗口內(nèi)的影像單元不參與運(yùn)算，僅通過位于背景窗口中，同時(shí)位于保護(hù)窗口外的影像單元點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算；以待檢測(cè)影像單元點(diǎn)為中心，遍歷指定位置、大小窗口內(nèi)的影像單元點(diǎn)，按照如下公式計(jì)算均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差
權(quán)利要求
1.一種基于恒虛警率的影像艦船檢測(cè)方法，包括以下步驟步驟1 通過衛(wèi)星遙感地面接收站獲取ENVISAT ASAR Level IB級(jí)影像數(shù)據(jù)，讀取 ENVISAT ASAR影像，進(jìn)行從原始數(shù)據(jù)格式m向帶有空間參考的JPG數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；步驟2 讀取轉(zhuǎn)換格式后的ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)至一維16位整型數(shù)組，作為檢測(cè)窗口滑動(dòng)檢測(cè)的對(duì)象；步驟3 設(shè)定基于恒虛警率的ENVISAT ASAR影像艦船檢測(cè)窗口，共設(shè)定三個(gè)滑動(dòng)窗口 目標(biāo)窗口 T，保護(hù)窗口 P，背景窗口 B，大小分別為3X3，5X5，7X7個(gè)影像單元點(diǎn)；步驟4 滑動(dòng)檢測(cè)窗口，以待檢測(cè)影像單元點(diǎn)為中心，計(jì)算目標(biāo)窗口均值μ t，背景窗口的均值μ b，背景窗口的標(biāo)準(zhǔn)偏差ob;步驟5:設(shè)定虛警率檢測(cè)控制系數(shù)t = 50，艦船目標(biāo)檢測(cè)準(zhǔn)則yt> yb+c7bt，滿足該準(zhǔn)則的待檢測(cè)影像單元點(diǎn)判定為艦船目標(biāo)，否則判定為影像背景，完成遍歷后生成艦船目標(biāo)-背景二值影像，其中艦船目標(biāo)值為1，影像背景值為O ；步驟6 經(jīng)過步驟1至步驟5處理生成艦船目標(biāo)-背景二值影像，艦船目標(biāo)表現(xiàn)為被背景分隔的、由1個(gè)或多個(gè)單元點(diǎn)組成的影像對(duì)象，其中艦船目標(biāo)對(duì)應(yīng)的影像灰度值為1，背景對(duì)應(yīng)的影像灰度值為0，生成矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)文件的具體流程如下(1)構(gòu)建與影像等大的標(biāo)記數(shù)組sign，初始值均設(shè)為0；(2)遍歷艦船目標(biāo)-背景二值影像，對(duì)于遍歷到的待檢測(cè)影像單元點(diǎn)，若其對(duì)應(yīng)位置標(biāo)記數(shù)組sign值為0，艦船目標(biāo)-背景二值影像值為1，并且其八鄰域單元點(diǎn)標(biāo)記值sign均為0，則將該待檢測(cè)影像單元點(diǎn)作為檢測(cè)到艦船的位置，同時(shí)更新其八鄰域單元點(diǎn)的標(biāo)記值 sign 為 1 ；單元點(diǎn)(i，j)的八鄰域點(diǎn)為(i_l，j)，(i+1, j)，(i，j-1)，(i，j+1)，(i_l，j-1)， (i-1，j+1)，(i+1, j-1), (i+1, j+1) 0遍歷完成后，每個(gè)艦船目標(biāo)均以其第一個(gè)被遍歷的影像單元點(diǎn)表示；(3)獲取表征每個(gè)艦船目標(biāo)的影像單元點(diǎn)的行列位置(i，j)，以行數(shù)i作為點(diǎn)的 Y坐標(biāo)，以列數(shù)j作為點(diǎn)的X坐標(biāo)，讀取完畢后通過OGR程序集讀取艦船目標(biāo)點(diǎn)位信息并構(gòu)造矢量點(diǎn)狀對(duì)象，作為提取的矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)，利用OGR程序集的Datasource. CreateDataSource ()方法生成Siapefile格式矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)數(shù)據(jù)文件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于恒虛警率的影像艦船檢測(cè)方法，其特征在于步驟1讀取ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的具體實(shí)現(xiàn)過程為利用ENVI IDL讀取 ENVISAT ASAR原始數(shù)據(jù)格式Nl數(shù)據(jù)，通過ENVI_ENVISAT_GE0REF_D0IT方法進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，生成帶輸入ENVISATASAR影像空間參考的JPG格式數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于恒虛警率的影像艦船檢測(cè)方法，其特征在于步驟2讀取 JPG格式ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)的具體實(shí)現(xiàn)過程為利用GDAL構(gòu)建影像數(shù)據(jù)為Dataset 數(shù)據(jù)集，利用Dataset的Read方法讀取影像數(shù)據(jù)灰度數(shù)據(jù)至一維16位整型數(shù)組W，數(shù)組第 i*columnNumber+j個(gè)位置的值對(duì)應(yīng)影像數(shù)據(jù)第i行，第j列影像單元點(diǎn)的灰度值，i的取值范圍為O至rowNumber-1, j的取值范圍為O至columnNumber-Ι，其中coIumnNumber為景i 像的列數(shù)，rowNumber為影像的行數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于恒虛警率的影像艦船檢測(cè)方法，其特征在于步驟4計(jì)算窗口均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差的具體實(shí)現(xiàn)過程為在計(jì)算背景窗口均值μ b和標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)，位于保護(hù)窗口內(nèi)的影像單元不參與運(yùn)算，即僅通過位于背景窗口中，同時(shí)位于保護(hù)窗口外的影像單元點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算；以待檢測(cè)影像單元點(diǎn)為中心，遍歷指定位置、大小窗口內(nèi)的影像單元點(diǎn)，按照如下公式計(jì)算均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差廠-警HM(U)2其中，Si為位于背景窗口中，同時(shí)位于保護(hù)窗口外的影像單元點(diǎn)的灰度值，N為位于背景窗口中，同時(shí)位于保護(hù)窗口外的影像單元點(diǎn)的數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于恒虛警率的遙感影像艦船檢測(cè)方法，屬于雷達(dá)遙感影像目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域。其步驟為ENVISATASAR影像數(shù)據(jù)讀取與格式轉(zhuǎn)換，設(shè)定目標(biāo)窗口、保護(hù)窗口與背景窗口三個(gè)檢測(cè)窗口，在影像數(shù)據(jù)數(shù)組上滑動(dòng)檢測(cè)窗口，計(jì)算窗口均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差，設(shè)定虛警率檢測(cè)控制系數(shù)，按照艦船目標(biāo)檢測(cè)準(zhǔn)則生成艦船目標(biāo)-背景二值影像，遍歷艦船目標(biāo)-背景二值影像，生成矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)。本發(fā)明解決了ENVISATASAR遙感影像艦船檢測(cè)時(shí)滑動(dòng)窗口與虛警率檢測(cè)控制系數(shù)的設(shè)置問題，提出了矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)的生成方法。應(yīng)用本發(fā)明能夠從ENVISATASAR影像中提取矢量點(diǎn)狀艦船目標(biāo)，服務(wù)于海洋環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)分析。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102200575SQ20101056873
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者劉成明, 劉永學(xué), 張昱, 李滿春, 楊康, 程亮, 蔡文婷, 陳東, 陳振杰 申請(qǐng)人:南京大學(xué)