一种SAR图像舰船目标旁瓣去除方法_杨龙顺.pdf
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1、第 卷 第 期(总第 期)年 月火控雷达技术 .().收稿日期:作者简介:杨龙顺(),男,硕士研究生。研究方向为 图像识别技术。一种 图像舰船目标旁瓣去除方法杨龙顺 郭鹏程 王晶晶 冯 超(西安电子工程研究所 西安)摘 要:图像舰船目标的几何结构参数对于 图像舰船目标识别具有重要意义,然而由于实际获取的 图像中舰船存在旁瓣干扰,导致提取的舰船几何结构参数和真实值相距甚远。本文提出一种基于距离约束的 图像舰船目标旁瓣去除方法,提出方法首先基于矩技术对目标方位角进行估计;然后利用获取的方位角将目标旋转至水平方向并提取目标主轴;最后通过比较舰船两侧到主轴的最大距离和平均距离对目标图像进行迭代,实现目
2、标旁瓣去除。基于弹载和星载 图像舰船目标切片数据的实验结果表明,提出的方法能够有效去除旁瓣杂波,进而有利于获取精确的舰船几何结构特征。关键词:;旁瓣;结构特征;检测;变换中图分类号:文献标志码:文章编号:()引用格式:杨龙顺,郭鹏程,王晶晶,冯超.一种 图像舰船目标旁瓣去除方法.火控雷达技术,():.:.,(,):.,.,.,.,.,.,.:;引言合成孔径雷达(,)是一种主动式微波成像传感器,具有不受光照和气候约束的优点,可以全天时、全天候获取数据,在军事和农业中应用广泛。海洋舰船检测与识别在海上交通管制、海洋资源保护等方面具有非常重要的作用。在民用方面,舰船目标识别可以帮助相关部门进行海面和
3、港口交通规划,搜寻遇难船只;在军事火 控 雷 达 技 术第 卷方面,舰船目标识别可以获取敌方船只信息,帮助海军提前布防。早期雷达分辨率较低,舰船目标在 图像上表现为几个像素点,难以实现对舰船目标的识别。近十几年来,随着新一代高分辨率 系统如 、的出现,获取的 图像中舰船目标的几何结构特征和电磁散射特征更加丰富,使得舰船目标识别成为现实。图像舰船目标识别是在舰船目标切片上提取目标特征,进而区分目标的类别属性。几何结构特征描述了目标实际尺寸、形状等信息,并且提取方法简单,物理意义明确,成为了对舰船目标初分类的重要依据,得到了广泛的研究。然而拖尾、旁瓣的存在导致船舶的最小外接矩形提取不准确,获取的几
4、何结构特征与真实值存在误差,因此去除旁瓣是提取几何结构特征不可或缺的一步。为了去除旁瓣的影响,陈文婷使用 变换对 舰船图像进行处理,将目标主体区域选择问题转换成 域中的最大峰值区域检测问题,去除了旁瓣影响,再对目标的几何结构特征精确提取,然而 变换的最大峰值区域难以准确提取。张宏首先估计舰船方向,再利用逐步逼近法去除旁瓣,最后提取目标几何结构特征,该方法在 图像中旁瓣较小时效果好,但是当旁瓣较大时,逐步逼近法无法去除旁瓣的影响。吴凡使用积分的方式在距离向和方位向上寻找旁瓣,同时认为旁瓣宽度为 个像素,因此采用局部均值滤波算法消除旁瓣,但是旁瓣的形式多种多样,在很多情况下并不是严格沿着距离维和方
5、位维方向,同时 图像分辨率较高时,旁瓣的宽度可达十几个像素,在这些情况下,此方法会失效。牛蕾认为旁瓣能量低于舰船目标整体区域能量均值,因此提出一种两次检测的去旁瓣算法,在两次检测出的外接矩形区域内,根据旁瓣特性进行统计分析,删除疑似旁瓣区域。但是在实际 图像中,离舰船较近的区域,旁瓣能量与舰船能量相当,因此在二次检测时,可能会将旁瓣误判为目标强散射点,使得去旁瓣效果差。针对当前 舰船目标由于旁瓣影响导致特征提取不准确的问题,本文结合 图像中舰船旁瓣像素点距主轴距离相较于舰船主体距主轴距离更大的特点,提出了一种基于舰船像素距主轴距离约束的旁瓣去除方法。提出方法首先将舰船目标旋转至水平方向并提取目
6、标主轴,然后利用舰船两侧像素到主轴最大距离与平均距离的相对关系逐步迭代去除目标旁瓣。实验结果表明提出方法能够在保留舰船主体区域的同时有效去除旁瓣。舰船图像特性分析当舰船在海面上航行时,舰船速度可以沿着距离维和方位维进行分解,在方位维上的分量会对舰船的成像结果产生几何失真,在实际的 图像中表现为舰船上方位向附近存在强散射区域,即拖尾现象。同时,由于舰船强散射结构的特点,当舰船中某一结构后向散射较为强烈时,会抑制周围弱散射目标,在 图像中产生十字交叉的白色亮斑,这种现象称为旁瓣效应。如图 所示,旁瓣现象存在时,检测得到的目标区域相对于舰船主体区域外延,导致舰船轮廓(最小外接矩形)提取相比于其真实值
7、变宽 变长,严重影响目标识别性能。图 “旁瓣”现象示意图海上舰船尺寸较大,并且大都呈现首尖尾方的细长形状,船体边缘到舰船主轴的距离近似不变,在 图像中表现为近似对称的长方形。旁瓣存在的情况下,舰船轮廓发生畸变,旁瓣处舰船两侧像素到主轴的距离明显变大。统计旋转至水平方向的舰船二值图像每一列中上侧最远目标像素到主轴的距离,其分布如图 所示,图()是旋转后的二值图,图()是图()中上侧舰船像素到主轴的距离分布图,图()中横坐标表示舰船上侧最远目标像素到主轴的距离,纵坐标表示出现的频数。舰船两侧到主轴的距离呈现出“中间高两边低”的分布,到主轴的距离较小的单元中一部分是由于舰船船头尖的特性导致检测后距离
8、小,另一部分是由于舰船某些区域散射强度较低,未能在二值图像中显示,因此计算后的距离小;而右侧距离值大的部分则是由于旁瓣的存在导致的。从图 中可以看出,舰船两侧到主轴的真实距离位于出现频率高的距离区间内。根据这种分布特性,可以利用中间部分的平均距离和最大距离的关系迭代去除旁瓣,从而估计舰船真实宽度。第 期杨龙顺等:一种 图像舰船目标旁瓣去除方法图 二值图与分布图 舰船 图像旁瓣去除流程根据前述舰船目标 图像中旁瓣的特性,本文提出的去旁瓣算法流程如图 所示。图 旁瓣去除流程具体步骤如下详解。.切片预处理首先对原始 图像切片进行 检测,检测得到二值图像,二值图像中目标区域值为,其余区域为。得到的二值
9、图像中舰船目标中有小的杂波区域,通过求取连通区域的面积,限定最小连通区域大小将面积较小的区域进行去除。利用二值图像对原始切片进行掩膜处理,得到目标区域图像。预处理的结果如图 所示。图 原始图像及预处理结果火 控 雷 达 技 术第 卷.方位角估计方位角描述了舰船航向,定义为目标主轴与图像距离维或者方位维的夹角。方位角估计的精度对后续处理具有至关重要的作用,本文利用矩技术估计方位角。基于矩技术的方位角估计方法将预处理得到的二值图看作是二维密度分布函数,只考虑二阶矩集,那么 图像切片中舰船目标可以近似为一个椭圆,椭圆中心为图像目标的质心,这个椭圆模型的倾角就是舰船目标的方位角。基于矩技术的角度估计方
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