專利名稱：一種根據(jù)船只的高分辨率sar 圖像識(shí)別船只類型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分辨率SAR圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)海洋船只進(jìn)行監(jiān)測(cè)與識(shí)別是每個(gè)沿海國(guó)家的重要任務(wù)，在海洋資源保護(hù)、漁船監(jiān)測(cè)與管理、打擊走私偷渡等方面均起到了重要作用。
傳統(tǒng)的海上船只監(jiān)測(cè)手段通常為飛機(jī)或者快艇，并且輔以船只監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(vesselmonitoring system,簡(jiǎn)稱 VMS 系統(tǒng))和船只自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic IdentificationSystem，簡(jiǎn)稱AIS系統(tǒng))。VMS和AIS系統(tǒng)由岸基(基站)設(shè)施和船載設(shè)備共同組成，是一種基于GPS收發(fā)機(jī)制的系統(tǒng)，只有安裝了 VMS的船只才能向岸基接收站發(fā)射船只位置、速度、方向、類別、型號(hào)和捕魚狀態(tài)等信息。
但是VMS和AIS具有缺點(diǎn)和不足:(I) 一些小型船只可不受VMS和AIS管制；(2)某些情況下，VMS和AIS可能會(huì)失效、關(guān)閉或者卸載；(3)人為操作失誤和軟件錯(cuò)誤導(dǎo)致包括船只屬性錯(cuò)誤。因此利用VMS系統(tǒng)和AIS系統(tǒng)進(jìn)行船只識(shí)別具有局限性，而星載SAR具有能夠全天候全天時(shí)觀測(cè)、覆蓋范圍廣、平臺(tái)穩(wěn)定等突出優(yōu)勢(shì)，因此利用星載SAR數(shù)據(jù)對(duì)海洋船只目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與識(shí)別是彌補(bǔ)VMS和AIS缺陷的首選技術(shù)手段。目前在美國(guó)、加拿大和歐盟，利用星載SAR技術(shù)進(jìn)行船只監(jiān)測(cè)已經(jīng)形成了多套完整的體系和工作流程，但是作為船只監(jiān)測(cè)的下一步船只識(shí)別，主要限于SAR數(shù)據(jù)分辨率的原因，發(fā)展不及船只檢測(cè)技術(shù)成熟。但隨著SAR成像技術(shù)的快速發(fā)展，圖像分辨率得以迅速提高，國(guó)外先后發(fā)射的多顆新一代的星載SAR系統(tǒng)，如意大利的COSMO-SkyMed衛(wèi)星，德國(guó)的TerraSAR-X衛(wèi)星和加拿大的Radarsat-2衛(wèi)星，最高分辨率可以達(dá)到米級(jí)，對(duì)陸地及海洋目標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別提供了新的契機(jī)，為SAR在船只識(shí)別中的應(yīng)用帶來(lái)了更為廣闊的前景。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中采用VMS和AIS系統(tǒng)對(duì)船只類型進(jìn)行識(shí)別所存在的一些小型船只可不受VMS和AIS管制，某些情況下VMS和AIS可能會(huì)失效、關(guān)閉或者卸載，人為操作失誤和軟件錯(cuò)誤導(dǎo)致包括船只屬性錯(cuò)誤等問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，包括以下步驟:
S1:對(duì)含船只的SAR圖像切片進(jìn)行處理，去除其中的海洋背景，得到船體圖像；
S2:對(duì)所述船體圖像進(jìn)行后向散射特征統(tǒng)計(jì)和縱向自相關(guān)特征統(tǒng)計(jì)，得到船只的后向散射特征和縱向自相關(guān)特征；
S3:根據(jù)船只的后向散射特征和縱向自相關(guān)特征確定船只類型。
作為優(yōu)選,所述步驟SI具體包括:
Sll:輸入含船只的SAR圖像切片數(shù)據(jù)；
S12:消除由于旁瓣在SAR圖像切片中形成的亮線；
S13:將執(zhí)行步驟S12后得到的圖像重新量化；
S14:計(jì)算執(zhí)行步驟S13后得到的圖像中船只的重心和方向，并根據(jù)船只的重心和方向旋轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟S13后得到的圖像，使船只呈垂直狀態(tài)；
S16:提取執(zhí)行步驟S14后得到的圖像中船只的邊界位置，并據(jù)此去除圖像中的海洋背景，得到船體圖像。
作為優(yōu)選,所述步驟SI具體包括:
Sll:輸入含船只的SAR圖像切片數(shù)據(jù)；
S12:消除由于旁瓣在SAR圖像切片中形成的亮線；
S13:將執(zhí)行步驟S12后得到的圖像重新量化；
S14:計(jì)算執(zhí)行步驟S13后得到的圖像中船只的重心和方向，并根據(jù)船只的重心和方向旋轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟S13后得到的圖像，使船只呈垂直狀態(tài)；
S15:放大執(zhí)行步驟S14后得到的圖像；
S16:提取執(zhí)行步驟S15后得到的圖像中船只的邊界位置，并據(jù)此去除圖像中的海洋背景，得到船體圖像。
作為進(jìn)一步地優(yōu)選，所述步驟Sll中，所述SAR圖像切片數(shù)據(jù)表示為以dB為單位的浮點(diǎn)型幅度數(shù)據(jù)x(i，j)，其中，i對(duì)應(yīng)所述SAR圖像切片的垂直方向即方位向，j對(duì)應(yīng)所述SAR圖像切片的水平方向即距離向，O≤i≤M-1，0≤j≤N-1，MXN為所述SAR圖像切片包含的像素?cái)?shù)。
作為進(jìn)一步地優(yōu)選，M = N= 128ο
作為進(jìn)一步地優(yōu)選，所述步驟S12進(jìn)一步包括:
S121:消除由于旁瓣在所述SAR圖像切片中形成的沿方位向的亮線，具體為:
沿距離向設(shè)置一維數(shù)組
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:對(duì)含船只的SAR圖像切片進(jìn)行處理，去除其中的海洋背景，得到船體圖像； 52:對(duì)所述船體圖像進(jìn)行后向散射特征統(tǒng)計(jì)和縱向自相關(guān)特征統(tǒng)計(jì)，得到船只的后向散射特征和縱向自相關(guān)特征； 53:根據(jù)船只的后向散射特征和縱向自相關(guān)特征確定船只類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟SI具體包括: 511:輸入含船只的SAR圖像切片數(shù)據(jù)； 512:消除由于旁瓣在SAR圖像切片中形成的亮線； 513:將執(zhí)行步驟S12后得到的圖像重新量化； 514:計(jì)算執(zhí)行步驟S13后得到的圖像中船只的重心和方向，并根據(jù)船只的重心和方向旋轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟S13后得到的圖像，使船只呈垂直狀態(tài)； S16:提取執(zhí)行步驟S14后得到的圖像中船只的邊界位置，并據(jù)此去除圖像中的海洋背景，得到船體圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟Si具體包括: 511:輸入含船只的SAR圖像切片數(shù)據(jù)； 512:消除由于旁瓣在SAR圖像切片中形成的亮線； 513:將執(zhí)行步驟S12后得到的圖像重新量化； S14:計(jì)算執(zhí)行步驟S13后得到的圖像中船只的重心和方向，并根據(jù)船只的重心和方向旋轉(zhuǎn)執(zhí)行步驟S13后得到的圖像，使船只呈垂直狀態(tài)； 515:放大執(zhí)行步驟S14后得到的圖像； 516:提取執(zhí)行步驟S15后得到的圖像中船只的邊界位置，并據(jù)此去除圖像中的海洋背景，得到船體圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟Sll中，所述SAR圖像切片數(shù)據(jù)表示為以dB為單位的浮點(diǎn)型幅度數(shù)據(jù)x(i，j)，其中，i對(duì)應(yīng)所述SAR圖像切片的垂直方向即方位向，j對(duì)應(yīng)所述SAR圖像切片的水平方向即距離向,O ^ i ^ M-1,0 ^ j ^ Ν-Ι,ΜΧΝ為所述SAR圖像切片包含的像素?cái)?shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，M = N = 128。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S12進(jìn)一步包括: S121:消除由于旁瓣在所述SAR圖像切片中形成的沿方位向的亮線，具體為: 沿距離向設(shè)置一維數(shù)組
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S13具體為: 設(shè)y(i，j)表示執(zhí)行步驟S12后得到的圖像，I(i，j)為重新量化后得到的圖像，如果y(i, j) ( _30dB,則 I(i，j) = I ;如果 _30dB < y(i, j) ^ 33dB，則 I(i，j) = BYTE((y(i,j)+31.0) X 4.0);如果 y(i，j) > 33dB,則 I(i，j) = 256 ;其中，BYTE 為取整運(yùn)算符，0 ^ i ^ M-1,0 ( j ( N-10
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S14具體為: 對(duì)于 MXN 圖像 I(i，j)，其(i+j)階矩=ΣΣχ>;/(χ，>0 ’ 其中，f (x, y)是圖像I(i, j)中坐標(biāo)(x, y)的灰度值，若f (x，y) < 140,則f (x, y)取
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S16中，所述船只的邊界位置包括船只的左、右側(cè)輪廓邊界和上、下側(cè)輪廓邊界。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括:521:根據(jù)所述船體圖像計(jì)算船只的最大后向散射系數(shù)omax和平均后向散射系數(shù)σ mean ； 522:根據(jù)所述船體圖像計(jì)算船體縱向自相關(guān)周期t。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S21具體為: 設(shè)所述船體圖像為 (i，j)，其中，O≤i≤FM-1，0彡j彡FN-1，F(xiàn)MXFN為所述船體圖像包含的像素?cái)?shù)； 設(shè)σ max為σ (i，j)的最大值，σ max是最大后向散射系數(shù),σ0(/,_/+)為σ (i，j)中大于O米樣點(diǎn)的集合，
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S22具體為: 設(shè)所述船體圖像為s(i，j)，其中，O彡i彡FM-1，O ( j ( FN-1, FMXFN為所示船體圖像包含的像素?cái)?shù)； FN-1 s(i, j)沿橫軸方向積分形成沿縱向方向的一維樣本沖
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括: 531:當(dāng)所述船體縱向自相關(guān)周期t > 3時(shí)，如果3 < t < 12，則執(zhí)行步驟S32，如果t> 12，則船只類型為集裝箱船；當(dāng)t < 3時(shí)，如果所述最大后向散射系數(shù)omax > 30，則船只類型為集裝箱船，如果σ max ( 30，則執(zhí)行步驟S33 ； 532:如果所述平均后向散射系數(shù)omean ^ 7，則船只類型為貨船，如果所述平均后向散射系數(shù)σ mean < 7則，則船只類型為集裝箱船； 533:如果所述平均后向散射系數(shù)omean > 7，則船只類型為貨船，如果所述平均后向散射系數(shù)σ mean ( 7，則船只類型為油船。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法，包括以下步驟S1對(duì)含船只的SAR圖像切片進(jìn)行處理，去除其中的海洋背景，得到船體圖像；S2對(duì)所述船體圖像進(jìn)行后向散射特征統(tǒng)計(jì)和縱向自相關(guān)特征統(tǒng)計(jì)，得到船只的后向散射特征和縱向自相關(guān)特征；S3根據(jù)船只的后向散射特征和縱向自相關(guān)特征確定船只類型。本發(fā)明提供的根據(jù)船只的高分辨率SAR圖像識(shí)別船只類型的方法根據(jù)船只的后向散射特征和縱向自相關(guān)特征將船只分為貨船、集裝箱船和油船，為海上船只監(jiān)測(cè)和科研提供了科學(xué)的參考依據(jù)。
文檔編號(hào)G06K9/00GK103164686SQ20111041282
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者王超, 張紅, 吳樊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心