從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從高分辨率光學遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，該技術涉及遙感圖像分析與處理領域，用以提高艦船切片提取效率，簡化艦船識別匹配模板構建過程。本發(fā)明主要通過下屬技術方案實現：首先利用角點檢測器提取遙感圖像中具有角點特征的潛在艦艏點，得到潛在艦艏點位置的集合；然后利用十六等分圓形模板對潛在艦艏點所在區(qū)域逐一進行局部區(qū)域顯著性分析，剔除不滿足艦艏區(qū)域顯著性判別準則的點，得到滿足判別準則的艦艏點位置及所在區(qū)域的朝向；再對臨近的艦艏點進行聚類合并，獲取提純的艦艏點位置和艦船朝向；最后根據艦艏點位置和艦船朝向，自動生成規(guī)則化的艦船切片。
【專利說明】從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法
一、【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及遙感圖像分析與處理領域的目標檢測與識別，尤其涉及從高分辨率光學遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船目標切片的方法。

二、【背景技術】
[0002]近年來，利用衛(wèi)星或飛機搭載高分辨率成像載荷對在周邊海域活動或在重要港口駐泊的艦船進行常態(tài)化監(jiān)視，及時判定識別艦船類型，在軍事和民用領域均具有重要價值。完全依靠判讀員人工判讀海量的高分辨率圖像數據，工作量大重復性高，而且判讀結果受判讀員的工作經驗、熟練程度以及心理狀態(tài)影響較大。解決從海量高分辨率遙感圖像數據中快速檢測出艦船目標并加以識別的問題具有重要意義。
[0003]目前，常規(guī)的艦船檢測方法往往涉及多種復雜特征的提取和搜索匹配，運算效率難以滿足快速處理的要求；而且由于艦船的朝向不是固定的，常規(guī)的匹配識別算法需要事先制備大量的不同朝向的艦船模板，并根據估算的艦船朝向加以選擇，對系統(tǒng)存儲容量和朝向估計精度要求較高。從提高艦船切片提取效率，簡化識別模板構建過程的角度考慮，迫切需要建立一種能夠快速提取規(guī)則化艦船切片的處理方法。

三、
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種從高分辨率光學遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，用以提高艦船切片提取效率，簡化艦船識別匹配模板構建過程。
[0005]為實現上述的目的，本發(fā)明提出了一種從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
[0006](I)利用角點檢測器提取遙感圖像中具有角點特征的潛在艦艏點，得到潛在艦艏點位置的集合；
[0007](2)利用十六等分圓形模板對潛在艦艏點所在區(qū)域逐一進行局部區(qū)域顯著性分析，剔除不滿足艦艏區(qū)域顯著性判別準則的點，得到滿足判別準則的艦艏點位置及所在區(qū)域的朝向；
[0008](3)對臨近的艦艏點進行聚類合并，獲取提純的艦艏點位置和艦船朝向；
[0009](4)根據艦艏點位置和艦船朝向，自動生成規(guī)則化的艦船切片。
[0010]本發(fā)明所提供的艦船切片提取方法充分利用了艦艏呈現的角點特征，以及艦艏部位與其周圍海域背景的顯著差異，將角點檢測器和局部區(qū)域的顯著性分析相結合，能夠快速準確地獲取艦艏點位置和艦船朝向，進而自動完成艦船切片的規(guī)則化提取。該方法緊扣艦船目標的特點，針對性強，易于實現，運算效率高，且對海上艦船與港口?？颗灤蛇M行處理，具有較好的通用性。

四、【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的實施流程圖。
[0012]圖2是本發(fā)明中用于區(qū)域顯著性分析的十六等分圓形模板。
[0013]圖3是本發(fā)明的局部區(qū)域顯著性分析流程圖。
[0014]圖4是本發(fā)明中根據艦艏位置和艦船朝向自動生成規(guī)則化切片的示意圖。

五、【具體實施方式】
[0015]以下結合說明書附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0016]1.本發(fā)明提供的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法實施流程如圖1所示，主要包括以下步驟:
[0017](I)利用角點檢測器提取遙感圖像中具有角點特征的潛在艦艏點，得到潛在艦艏點位置的集合；
[0018](2)利用十六等分圓形模板對潛在艦艏點所在區(qū)域逐一進行局部區(qū)域顯著性分析，剔除不滿足艦艏區(qū)域顯著性判別準則的點，得到滿足判別準則的艦艏點位置及所在區(qū)域的朝向；
[0019](3)對臨近的艦艏點進行聚類合并，獲取提純的艦艏點位置和艦船朝向；
[0020](4)根據艦艏點位置和艦船朝向，自動生成規(guī)則化的艦船切片。
[0021]2.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟⑴所述的角點檢測器可采用但不限于HarriS、SURF、SUSAN等角點檢測算子，亦可分別采用2種以上的角點檢測算子進行角點提取，并對其結果進行融合。
[0022]3.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟(2)所述的對候選區(qū)域進行局部區(qū)域顯著性分析的實施過程如圖3所示，包括如下步驟:
[0023](I)采用μ+ko為閾值對遙感圖像上以候選艦艏點為中心寬度為2r+l的矩形區(qū)域Rtl進行二值化，得到二值化候選區(qū)R，其中，μ和σ分別為該區(qū)域的均值和方差，k為調整系數，r可依據潛在艦船的寬度結合圖像分辨率來確定；
[0024](II)事先參照圖2構造一個半徑為r的十六等分圓形模板，將其置于二值化候選區(qū)R的中心，統(tǒng)計各等分區(qū)間的非零像素比例，得到一個長度為16的特征向量A = La1,
a2，......，ai6];
[0025](III)找到特征向量A中的最大值Id1 = a^, b2 = ai； b3 = ai+1, A中其余元素記為 b4，b5，......，b16，則定乂顯者度為 S = (b1+b2+b3) / (b4+b5+......+b16)，其中，右 i = 1，
則 Id1 = a16,若 i = 16,則 b3 = ai ;
[0026](IV)剔除不滿足艦艏區(qū)域顯著性判別準則的點，對于滿足判別準則的候選點，記錄其圖像位置(x，y)和朝向角為Θ，其中Θ = Ji/16*[1-l+(b3-bl)/(b3+bl)]；
[0027]4.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟⑵所述的艦艏區(qū)域顯著性判別準則為:S>T1且匕乂且IV(Vb3)XT3，其中V T2和T3為根據圖像特點事先設定的判別閾值，可供參考的判別閾值為=T1 = 5,T2 = 0.9,T3 =
0.6 ；
[0028]5.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟(3)對臨近艦艏點進行聚類合并，涉及如下處理規(guī)則:
[0029](I)對任意兩個候選艦艏點(Xi，yi，Qi)和(Xj，yj，θ p,若^I(X1-Xj)2+ Cy^yj)2 <r/2，則對兩個候選艦艏點進行合并，更新的艦艏點為((Xi+xp/2，(Yi+Yj) /2)，艦船朝向為(Θ i+ Θ P /2 ;
[0030](II)更新的艦艏點繼續(xù)參與其余候選艦艏點的聚類合并的迭代過程，直到所有艦艏點均不滿足更新條件；
[0031]6.參閱圖4，權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟(4)自動生成規(guī)則化的艦船切片，包括如下步驟:
[0032](I)從原圖像上沿艦船朝向Θ自艦艏點(X，y)至(xend，yend)，等間隔提取相應位置的像素值構成一個軸向灰度序列M,其中，xmd = round (x+lcos θ )，yend =round (y-lsin Θ )，round ()為取整運算，I可依據潛在艦船的長度結合圖像分辨率來確定，通常而言l>3r ；
[0033](II)計算M的跳變指征Mfm = (Mm^MmJMnrl) / (Mm+1+Mm+2+Mm+3)，得到跳變指征序列Mf,特別地，當m彡3時,Mfm = I ;
[0034](III)查找跳變指征序列Mf的最大值，記為n，則艦艉中心的位置對應于序列M中的第η個像素位置，記為(xn，yn)，計算遙感圖像上艦船切片的四角坐標分別為:
[0035](xa, ya) = (x, y) +r (-sin( θ ), -cos ( θ ))；
[0036](xb, yb) = (x, y) +r (sin ( Θ )，cos ( Θ ))；
[0037](xc, yc) = (xn, yn) +r (sin ( Θ ), cos ( Θ ))；
[0038](xd, yd) = (xn, yn) +r (-sin ( Θ ) , -cos ( Θ ))；
[0039](IV)從遙感圖像中提取前述艦船切片四角坐標確定的區(qū)域，并作順時針旋轉Θ，得到具有水平朝向的規(guī)則化艦船切片。
【權利要求】
1.一種從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)利用角點檢測器提取遙感圖像中具有角點特征的潛在艦艏點，得到潛在艦艏點位置的集合； (2)利用十六等分圓形模板對潛在艦艏點所在區(qū)域逐一進行局部區(qū)域顯著性分析，剔除不滿足艦艏區(qū)域顯著性判別準則的點，得到滿足判別準則的艦艏點位置及所在區(qū)域的朝向； (3)對臨近的艦艏點進行聚類合并，獲取提純的艦艏點位置和艦船朝向； (4)根據艦艏點位置和艦船朝向，自動生成規(guī)則化的艦船切片。
2.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟⑴所述的角點檢測器可采用但不限于HarriS、SURF、SUSAN等角點檢測算子，亦可分別采用2種以上的角點檢測算子進行角點提取，并對其結果進行融合。
3.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟(2)所述的對候選區(qū)域進行局部區(qū)域顯著性分析，包括如下步驟: (I)采用μ+ko為閾值對遙感圖像上以潛在艦艏點為中心寬度為2r+l的矩形區(qū)域Rtl進行二值化，得到二值化候選區(qū)R，其中，μ和σ分別為該區(qū)域的均值和方差，k為調整系數，r可依據潛在艦船的寬度結合圖像分辨率來確定； (II)將半徑為r的十六等分圓形模板置于二值化候選區(qū)R的中心，統(tǒng)計各等分區(qū)間的非零像素比例，得到一個長度為16的特征向量A = [a1； a2，……，a16]； (III)找到特征向量A中的最大值=a^, b2 = at, b3 = ai+1, A中其余元素記為 b4，b5，......，b16，則定乂顯者度為 S = (b1+b2+b3) / (b4+b5+......+b16)，其中，右 i = I，則Id1 = a16,若 i = 16,則 b3 = ai ; (IV)剔除不滿足艦艏區(qū)域顯著性判別準則的候選點，對于滿足判別準則的候選點，記錄其圖像位置(x，y)和朝向角為Θ，其中Θ = Ji/16*[1-l+(b3-bl)/(b3+bl)]。
4.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟⑵所述的艦艏區(qū)域顯著性判別準則為=SXT1且b2>T2且IV(Vb3)XT3，其中1\、T2和T3為根據圖像特點事先設定的判別閾值。
5.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟(3)對臨近的艦艏點進行聚類合并，涉及如下處理規(guī)則: (I)對任意兩個艦艏點(Xi，Yi?θ i)和(Xj，Ip θ j)，若」—')2 + (yt - Jy)2 <r/2 ,則對兩個候選艦艏點進行合并，更新的艦艏點為((Xi+Xp/2，(yi+yP/2)，艦船朝向為(θ?+θρ/2； (II)更新的艦艏點繼續(xù)參與其余候選艦艏點的聚類合并的迭代過程，直到所有艦艏點均不滿足更新條件。
6.權利要求1所述的從高分辨率遙感圖像中快速提取規(guī)則化艦船切片的方法，其中步驟(4)自動生成規(guī)則化的艦船切片，包括如下步驟: (I)從原圖像上沿艦船朝向Θ自艦艏點(X，y)至(xmd，ymd)，等間隔提取相應位置的像素值構成一個序列 M,其中，xend = round(x+lcos θ )，yend = round(y-lsin Θ )，round()為取整運算，I可依據潛在艦船的長度結合圖像分辨率來確定，通常而言l>3r ； (II)計算M的跳變指征Mfm=/ (Mm+1+Mm+2+Mm+3)，得到跳變指征序列Mf，特別地，當m彡3時，Mfm = I ; (III)查找跳變指征序列Mf的最大值，記為n，則艦艉中心的位置對應于序列M中的第η個像素位置，記為(xn，yn)，求解遙感圖像上艦船切片的四角坐標分別為:
(xa, ya) = (X, y) +r (-sin( θ )，-cos ( θ ))；
(xb，Yb) = (x，y) +r (sin ( Θ )，cos ( Θ ))；
(xc, yc) = (xn, yn)) +r (sin ( Θ )，cos ( Θ ))；
(xd，Jd) = (χη，yn)+r (-sin( Θ )，-cos ( Θ ))； (IV)從遙感圖像中提取前述艦船切片四角坐標確定的區(qū)域，并作順時針旋轉Θ，得到具有水平朝向的規(guī)則化艦船切片。
【文檔編號】G06K9/62GK104166853SQ201410184872
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權日:2014年4月24日
【發(fā)明者】金斌, 周偉, 王國慶, 叢瑜, 許成斌, 王鴻吉 申請人:中國人民解放軍海軍航空工程學院