專(zhuān)利名稱(chēng)：一種利用多時(shí)相雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法，特別是涉及ー種利用多時(shí)相雷達(dá)影像檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法。
背景技術(shù)：
南海是我國(guó)資源重庫(kù)，油氣資源極為豐富。2012年5月9日，我國(guó)中國(guó)首座自主設(shè)計(jì)、建造的第六代深水半潛式鉆井平臺(tái)“海洋石油981”正式開(kāi)鉆。截止目前為止，南海海域各國(guó)各類(lèi)鉆井平臺(tái)達(dá)1000多座，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測(cè)這些海上靜止目標(biāo)顯得極為重要。然而， 對(duì)海上目標(biāo)及其附近的海域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，首先需要發(fā)現(xiàn)海上的靜止目標(biāo)。在海上目標(biāo)檢測(cè)方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。t匕如2001年，Pastina D等人在《IEEE Trans, on Aerospace and Electronic Systems》37 卷 3 期發(fā)表“Adaptivepolarimetric target detect ion with coherent radar Part I and Part II，，一文務(wù)亍極化SAR數(shù)據(jù)中提出了類(lèi)似功率比的方法來(lái)檢測(cè)水上目標(biāo)；2004年，胡應(yīng)添等人在《遙感技術(shù)與應(yīng)用》19卷第6期中發(fā)表“SAR圖像中海上艦船目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)新方法”一文，針對(duì)中分辨率近岸海域SAR圖像，根據(jù)相應(yīng)的抽取算法和圖像數(shù)據(jù)映射準(zhǔn)則，分離圖像中的海洋和陸地區(qū)域，并結(jié)合最大熵分割法提取海洋背景中包含候選目標(biāo)的感興趣區(qū)域，最后利用特征匹配方法檢測(cè)出真正的艦船目標(biāo)；2005年，李長(zhǎng)軍等人在《計(jì)算機(jī)應(yīng)用》25卷第8期中發(fā)表“基于模糊理論的SAR圖像海上艦船檢測(cè)方法研究”一文，先利用改進(jìn)的模糊增強(qiáng)算法對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，分離圖像中海洋區(qū)域和陸地區(qū)域，并結(jié)合最大熵分割法提取海洋背景中包含候選艦船的感興趣區(qū)域，最后對(duì)ROI區(qū)域進(jìn)行分割，提取艦船的特征，并基于模糊推理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)海上艦船目標(biāo)的檢測(cè)；2007年，張露等人在《遙感技術(shù)與應(yīng)用》22卷第3期中發(fā)表“SAR海上靜止目標(biāo)檢測(cè)” 一文，利用子孔徑分解技術(shù)和2L-IPH(Two-Looks InternalHermitian Product)方法檢測(cè)海上靜止目標(biāo)，結(jié)合目標(biāo)形狀和子孔徑運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法，將海上靜止目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)區(qū)分開(kāi)來(lái)；2008年，張露等人在《電子學(xué)報(bào)》36卷第6期中發(fā)表“基于子孔徑分解的SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法”，在子孔徑分解技術(shù)的基礎(chǔ)上提出一種從單通道SARSLC數(shù)據(jù)中檢測(cè)動(dòng)目標(biāo)的方法，通過(guò)子孔徑圖像之間的相減操作來(lái)抑制雜波；2011年，武鵬等人在《電子與信息學(xué)報(bào)》33卷第10期中發(fā)表“基于極化特征分解的海上小目標(biāo)檢測(cè)算法研究”，從全極化信息處理角度解決低擦地角下，海雜波中的低可觀測(cè)小目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題，提出了ー種基于極化特征分解的海上小目標(biāo)檢測(cè)方法。然而，研究的重點(diǎn)主要是海上艦船等動(dòng)態(tài)目標(biāo)提取，存在目標(biāo)誤判的現(xiàn)象；此外，其他海上目標(biāo)提取方法，如時(shí)頻信號(hào)處理、分形維法、極化特征提取等方法，由于受海雜波及外界環(huán)境的影響，靜止目標(biāo)與動(dòng)態(tài)目標(biāo)難以區(qū)分，還會(huì)出現(xiàn)ー些虛假目標(biāo)，檢測(cè)精度有待進(jìn)ー步提高。以上海上靜止目標(biāo)檢測(cè)的方法均是針對(duì)單幅影像進(jìn)行海上靜止目標(biāo)的檢測(cè)，由于計(jì)算復(fù)雜，運(yùn)算速度較慢，往往僅用于實(shí)驗(yàn)室等科學(xué)研究領(lǐng)域。2002年3月I日，歐洲空間局(ESA)發(fā)射了 ENVISAT衛(wèi)星，迄今為止，它是歐洲建造的最大的環(huán)境衛(wèi)星，也是費(fèi)用最高的地球觀測(cè)衛(wèi)星。該衛(wèi)星載有最先進(jìn)的合成孔徑雷達(dá)(Advanced synthetic Aperture Radar, ASAR)。ENVISAT ASAR 數(shù)據(jù)除了具有全天時(shí)、全天候、穿透性等特性外，還具有許多獨(dú)特的性質(zhì)。ASAR具有雙極化功能、5種工作模式、多種入射角、寬幅成像等。ASAR更為強(qiáng)大，可為海岸、極地冰冠、土壌、植被、海洋等雷達(dá)監(jiān)測(cè)研究提供豐富的數(shù)據(jù)信息。ASAR得到的是復(fù)散射矩陣形式的數(shù)據(jù)，多通道的極化數(shù)據(jù)可更好地表述物體后向散射特性，更多的信息量使得其在目標(biāo)檢測(cè)與分類(lèi)等方面更具有優(yōu)勢(shì)。由于海上多云多雨，利用傳統(tǒng)的光學(xué)影像進(jìn)行海上目標(biāo)檢測(cè)有很多的局限性。與光學(xué)、紅外等傳感器相比，ASAR成像不受天氣、光照等條件的限制，可對(duì)感興趣目標(biāo)進(jìn)行全天候、全天時(shí)的偵察。其次，由于海上靜止目標(biāo)多會(huì)產(chǎn)生角反射，而ASAR能夠以多角度、多極化的方式觀測(cè)目標(biāo)，提供了關(guān)于目標(biāo)的更多信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有海上靜止目標(biāo)檢測(cè)方法的不足，提供ー種利用多時(shí)相雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法，該方法不僅解決了多云多雨的復(fù)雜環(huán)境下海上靜止目標(biāo)難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，而且計(jì)算簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快。 為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供ー種利用多時(shí)相雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法，包括以下步驟步驟I、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備——選取目標(biāo)區(qū)域不同時(shí)相的兩景ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)；步驟2、基于雙參數(shù)CFAR算法的ENVISAT ASAR海上目標(biāo)點(diǎn)檢測(cè)——針對(duì)兩景ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)使用基于雙參數(shù)CFAR的海上目標(biāo)算法進(jìn)行海上目標(biāo)的檢測(cè)，得到兩景數(shù)據(jù)的點(diǎn)目標(biāo)圖，對(duì)于ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)使用矩形作為CFAR算法的窗ロ，CFAR算法的目標(biāo)窗ロ大小為3 X 3，保護(hù)窗ロ大小為7 X 7，背景窗ロ大小為13 X 13，虛警率檢測(cè)控制系數(shù)設(shè)定為45 ；步驟3、基于RANSAC的海上目標(biāo)點(diǎn)匹配——使用RANSAC算法實(shí)現(xiàn)海上目標(biāo)點(diǎn)的匹配，具體如下I )在兩景海上點(diǎn)目標(biāo)圖中分別隨機(jī)選取兩個(gè)點(diǎn)作為兩個(gè)點(diǎn)對(duì)，將這四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分別帶入如下的轉(zhuǎn)換方程計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種利用多時(shí)相雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法，包括以下步驟 步驟I、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備一選取目標(biāo)區(qū)域不同時(shí)相的兩景ENVISAT ASAR影像數(shù)據(jù)； 步驟2、基于雙參數(shù)CFAR算法的ENVISAT ASAR海上目標(biāo)點(diǎn)檢測(cè)——針對(duì)兩景ENVISATASAR數(shù)據(jù)使用基于雙參數(shù)CFAR的海上目標(biāo)算法進(jìn)行海上目標(biāo)的檢測(cè)，得到兩景數(shù)據(jù)的點(diǎn)目標(biāo)圖，對(duì)于ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)使用矩形作為CFAR算法的窗口，CFAR算法的目標(biāo)窗口大小為3 X 3，保護(hù)窗口大小為7 X 7，背景窗口大小為13 X 13，虛警率檢測(cè)控制系數(shù)設(shè)定為45 ；步驟3、基于RANSAC的海上目標(biāo)點(diǎn)匹配一使用RANSAC算法實(shí)現(xiàn)海上目標(biāo)點(diǎn)的匹配，具體如下 I)在兩景海上點(diǎn)目標(biāo)圖中分別隨機(jī)選取兩個(gè)點(diǎn)作為兩個(gè)點(diǎn)對(duì)，將這四個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)分別帶入如下的轉(zhuǎn)換方程計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用多時(shí)相雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法，其特征在于，所述步驟2中，基于雙參數(shù)CFAR進(jìn)行目標(biāo)提取方法如下 al、設(shè)定基于CFAR海上目標(biāo)檢測(cè)算法對(duì)應(yīng)的各檢測(cè)窗口，包括目標(biāo)窗口、保護(hù)窗口和背景窗口，其中所述目標(biāo)窗口為待測(cè)目標(biāo)所在窗口，所述背景窗口為背景統(tǒng)計(jì)信息，所述保護(hù)窗口確保待測(cè)目標(biāo)像素不被包含在背景窗口中； a2、設(shè)定目標(biāo)檢測(cè)準(zhǔn)則為！!,!^+(^^公式中^為恒虛警率檢測(cè)控制系數(shù)，為目標(biāo)窗口的均值，Ub為背景窗口的均值，Ob為標(biāo)準(zhǔn)偏差，均值與標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用多時(shí)相雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法，其特征在于，步驟III)中，若匹配后的兩幅圖像中目標(biāo)點(diǎn)對(duì)的距離不大于2個(gè)像素，則判定為重合點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用多時(shí)相雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)海上靜止目標(biāo)的方法。該方法使用的數(shù)據(jù)為多時(shí)相的ENVISATASAR影像，首先對(duì)于多景ENVISATASAR數(shù)據(jù)使用基于雙參數(shù)的恒虛警率(CFAR)算法提取海上目標(biāo)，針對(duì)ENVISATASAR數(shù)據(jù)提出了優(yōu)選的算法參數(shù)，使得雙參數(shù)CFAR適用于ENVISATASAR數(shù)據(jù)。對(duì)于多時(shí)相的海上目標(biāo)，使用一種基于RANSAC算法的海上目標(biāo)點(diǎn)匹配方法進(jìn)行匹配，經(jīng)匹配后的點(diǎn)目標(biāo)中相互重合的點(diǎn)就為海上靜止目標(biāo)。該方法能夠有效地檢測(cè)海上鉆井平臺(tái)等海上靜止目標(biāo)，從而快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)海域石油開(kāi)發(fā)等資源和環(huán)境狀況。
文檔編號(hào)G01S13/88GK102768356SQ20121027567
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者劉永學(xué), 李滿(mǎn)春, 李飛雪, 楊康, 潘航, 王亞飛, 程亮, 童禮華, 陳振杰, 馬磊 申請(qǐng)人:南京大學(xué)