基于短波红外遥感影像的船只自动检测方法

针对近海、内河场景中船只检测准确性低的问题,提出了一种基于短波红外遥感影像实现水体分割和船只自动检测的方法。利用水体在短波红外波段反射率低的特点,采取阈值分割和形态学处理的方法,从影像中快速准确地提取水体区域;使用视觉显著模型搜索水面目标,提取候选目标的图像切片;对可能存在的伪目标,使用灰度分布直方图描述目标切片的灰度分布特征,并结合梯度方向信息通过阈值判别的方法去除伪目标。结果表明,该方法能高效检测近海、内河中不同尺寸的船只目标;显著性检测共获得279个候选目标,经目标鉴别步骤检测出142个真实目标中的138个,虚警率小于6%,召回率大于97%。     

基于多特征的快速红外弱小目标检测算法

为了从全向红外搜索和跟踪系统采集的海量大视场高分辨率红外图像中快速准确地检测出红外弱小目标,本文提出了一种基于由粗到细的分阶段检测策略和时空域特征融合的红外弱小目标检测算法.首先,通过引入基于频域的快速显著性检测算法预先检测出目标可能存在的候选区域;其次,对候选区域进行角点检测以判定是否存在候选目标;最后,通过结合帧间时空域特征对候选目标进行进一步判定,以提取真实目标、删除虚假目标.多种实际场景的实验结果表明,该目标检测算法不仅运算量小而且探测概率高、虚警率低,是一种工程实用性能很好的红外弱小目标检测算法.     

基于离散余弦变换的无人机耀斑图像恢复算法

针对当前遥感图像耀斑恢复算法存在的耀斑增益计算误差大,需要近红外波段信息辅助以及自身信息利用不足等缺陷,提出基于水体指数与色度分离法的耀斑检测算法以及基于离散余弦变换的耀斑图像恢复算法。首先使用色度分离法提取图像中疑似耀斑的高亮区域,再通过水体指数结合面积阈值和形态学滤波去除散点和孤立区域,进而实现耀斑区域的精准定位和提取。然后依据图像的保真度和局部平滑度构建优化函数,利用离散余弦变换对遥感图像耀斑区域内部的像元进行迭代求解,最终得到恢复后的图像。最后开展现场飞行实验,实验结果表明所提算法能够精确提取和恢复图像水体耀斑区域,并且恢复后的图像在纹理特征和光谱特征两个方面的效果得以改进。     

基于地物光谱特征分析的高分辨率遥感图像水上桥梁提取

水上桥梁是一种典型的人造目标。利用高分辨率遥感图像进行水上桥梁提取,对于民用、军用和商业都具有重要意义。论文在分析地物光谱特征的基础上,提出了一种利用高分辨率近红外波段遥感图像进行水上桥梁提取的方法。首先,根据水体在近红外波段的光谱特征,采用迭代法选取阈值提取水体信息,以限制桥梁提取的空间范围;然后,对水体信息进行数学形态学运算,以连接因桥梁而断开的水体;其次,对数学形态学操作前后的水体信息进行叠加分析,以提取候选桥梁目标;最后,在桥梁先验特征知识的辅助下,去除伪桥梁目标。论文设计了仿真实验,以验证方法的有效性和适用性。实验结果表明,基于地物光谱特征分析的高分辨率遥感图像水上桥梁提取方法是行之有效的。     

EMD和SPA算法在光谱法检测面粉过氧化苯甲酰添加量中的应用

将经验模态分解(EMD)和连续投影算法(SPA)结合用于面粉过氧化苯甲酰(BPO)添加量的近红外光谱检测分析中。在波长898～1 725 nm范围内采集添加了BPO的面粉样本光谱,先通过EMD分解法对其进行噪声预处理,然后利用SPA算法提取光谱特征波长。EMD处理后的光谱建模精度比原始光谱建模精度大大提高,通过SPA算法从512个波长中提取了7个特征波长,基于特征波长建立的模型,与EMD处理后全波长建模结果相比,建模波长个数大幅缩减,但是模型精度与全谱建模相当,结果表明：EMD和SPA结合可有效用于面粉BPO检测的光谱去噪和特征波长提取,该结果为开发便携式面粉BPO检测仪提供了参考和依据。     

深空大视场弱小目标的实时检测方法

根据深空背景的特点,提出了采用最大中值滤波降噪,基于USAN原则,即吸收同值核区(Univalue Seg-ment Assimilating Nucleus)原则进行弱小目标检测的算法。其中分析了USAN滤波模板大小对检测性能的影响,探讨了灰度差门限的自适应选取方法,并根据目标和背景杂波在灰度分布上的差异,进一步剔除背景杂波的残留。结合候选目标的特征,采用基于逻辑的最近邻关联方法提取目标航迹。     

深空背景弱小目标实时检测算法研究

根据深空背景的特点,提出一种基于FPGA和DSP的检测算法,并设计相应的硬件系统,能对大小为512×512像素、帧频率为40帧/s的视频图像进行实时处理。先在FPGA中用最大中值滤波抑制空间成像噪声,解决了图像预处理运算量大对处理速度要求高的难题,再在DSP中用使用改进的双差分法进行运动目标分割,克服了单差分提取目标轮廓不准的缺点,最后结合候选目标的特征,采用基于逻辑的最近邻关联方法提取目标航迹。试验结果证明该算法满足了深空背景弱小目标实时检测的要求。     

基于改进旋转区域生成网络的遥感图像目标检测

为了实现遥感图像中目标的快速准确检测,解决遥感图像目标带有旋转角度的问题,在卷积神经网络理论的基础上,将旋转区域网络生成融入到Faster R-CNN网络中,提出了一种基于Faster R-CNN改进的遥感图像目标检测方法。相对于主流目标检测方法,本文算法针对遥感图像中的大多数目标都具有方向性不定且相对聚集的特点,在区域候选网络中加入了旋转因子,以便能够生成任意方向的候选区域;同时,在网络的全连接层之前增加一个卷积层,以降低其特征图参数,增强分类器的性能,避免出现过拟合。将本文算法与几种主流目标检测方法进行对比分析后可知,本文算法因融合了多尺度特征及旋转区域网络的卷积神经网络所提取的特征,能得到更好的检测结果。     

基于多特征检测与支持向量回归的图像文本提取算法

为解决复杂背景中难以有效提取场景文本的问题,提出了一种基于多特征检测与支持向量回归的图像文本提取方案。为有效区分文本与非文本边缘,基于图像边缘,提取场景中三个文本特征。将得到的三个文本特征进行多尺度融合,利用文本融合特征检测候选文本边界,有助于检测不同大小的文本,提高对不同类型的图像退化的鲁棒性。对于每个检测到的候选文本边界,根据邻域窗口中的像素来估计每个像素的局部阈值,利用局部阈值自适应分割提取候选字符。引入支持向量回归模型对文本像素与图像背景精确分离,消除非文本边界,提取真实字符和单词。实验表明:与当前文章提取技术相比,所提方法具有更好的鲁棒性,能适用各种变化的复杂场景文本提取,具有更优的PrecisionRecall曲线与F测量值。     

近红外光谱技术结合RCA和SPA方法检测土壤总氮研究

基于近红外光谱技术结合连续投影算法和回归系数分析对检测土壤总氮含量进行研究。采集农田土壤样本近红外光谱数据,土壤样本数量共394个。由于原始光谱数据量大,在500～2 500 nm光谱波长范围基础上,为简化模型,在原始光谱基础上采用连续投影算法和回归系数分析提取特征变量,以两种变量选择方法提取的特征变量作为输入,分别采用偏最小二乘回归(PLS)、 多元线性回归(MLR)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)建模方法建立总氮预测模型,共建立了9个预测模型,最优预测集的决定系数为0.81,剩余预测偏差RPD为2.26。研究表明,基于连续投影算法和回归系数分析选择的特征波长可以应用于近红外光谱检测土壤总氮含量,同时可以大大简化模型,适合开发便携式土壤养分检测仪。     

二值化特征在快速舰船目标预选中的应用

为了快速准确地自动提取和识别海面舰船疑似目标,为舰船目标精检测提供可信的数据基础,采用了二值化特征进行舰船目标粗检测,并根据舰船窄而长的几何特征提出了改进算法,按照舰船目标不同的方向分别进行模板训练。实验表明,二值化特征可以有效地提取疑似舰船目标,并且改进算法可以在提取窗口数相同时,提高查全率,更利于进一步的精检测。     

基于PDE的前视红外成像舰船目标检测

针对复杂环境下的海面目标提取问题,提出一种基于偏微分方程（PDE）的红外舰船检测算法。首先采用基于PDE理论的滤波模型对初始图像滤噪并进行背景估计,然后结合邻域差分进行背景抑制后分割提取目标。实验表明,该算法能够有效检测强杂波背景中的目标,方法适应性强。     

多波段红外图像的海面舰船目标检测

现有的基于单个红外宽波段的海面舰船目标探测系统在面对复杂海天背景、岛岸背景、恶劣天气、亮带干扰或诱饵弹干扰等情况时,系统的探测率、虚警率、探测距离等性能指标均会受到严重的影响;为此,开展了基于多波段红外图像的海面舰船目标检测方法的研究。通过中波红外多波段数据采集系统实际采集107组五个中波红外波段的图像;波段1-5分别为3.7～4.8,3.7～4.1,4.4～4.8,3.7～3.9和4.65～4.75 μm;对多波段图像进行手动标注构建样本数据集,其中,正样本舰船目标298个,负样本非舰船目标353个。对于多波段红外图像,首先进行PCA降维并采用选择性搜索算法生成初始目标候选区域;针对候选区域中存在大量明显的非舰船目标区域的问题,利用积分图像计算候选区域的局部对比度,依据红外舰船目标的几何和灰度特征从初始目标候选区域中筛选出舰船目标可能性大的区域作为舰船目标候选区域。然后对舰船目标候选区域进行拓展以融入局部上下文信息,对于候选区域对应的5波段红外图像,分别提取每个波段图像的稠密SIFT特征,并将128维SIFT特征向量降为64维,融入SIFT特征的空间和波段位置分布信息得到新的特征向量,基于高斯混合模型对候选区域的特征向量集合进行编码融合得到舰船目标候选区域的费舍尔向量表示,最后利用线性SVM分类器识别出舰船目标。对多波段图像进行舰船目标候选区域生成实验,所提出的基于红外舰船目标的几何和灰度特征的约束方法可以有效地克服选择性搜索算法的不足,从初始目标候选区域中快速定位出舰船目标候选区域,对25组多波段图像进行实验,舰船目标候选区域生成的整体耗时为0.353 s,定位舰船目标区域耗时0.005 s。对100个正负样本进行目标识别测试,所提出的目标识别算法融合了目标的多波段图像特征信息,通过引入费舍尔向量挖掘了多波段图像梯度统计特征的深层次信息,算法的识别率达到了0.97,显著高于单波段红外图像的目标识别率。对25组多波段图像进行舰船目标检测实验,所提出的舰船目标检测方法能够在海天背景、岛岸背景以及亮带干扰等不同场景下完成海面舰船目标的检测工作,舰船目标定位准确,舰船目标召回率达到了0.95,每组多波段图像的平均检测耗时为1.33 s。研究结果表明,充分考虑海面舰船目标在红外图像中与局部海洋背景的辐射差异以及有效地融合舰船目标在多个红外波段图像中的辐射特征,可以增强舰船目标的可分性,提高舰船目标的识别率以及检测率,为基于多波段红外图像的海面舰船目标检测提供了新的技术支持。     

基于边缘链码高阶分形特征的舰船目标检测算法

针对舰船目标和海杂波轮廓结构的不同,提出了基于边缘链码高阶分形特征的舰船目标检测算法,算法利用相对链码对5类舰船目标轮廓进行编码,分别计算分形维和缝隙,得到了舰船目标的4个分形特征的范围。实验结果表明边缘链码的4个分形特征能有效区分舰船目标和海杂波。     

Estimation of sea clutter inherent Doppler spectrum from shipborne S-band radar sea echo

Measurement of shipborne radar sea echo is instrumental in collecting the sea clutter data in open sea areas. However,the ship movement would introduce an extra Doppler component into the spectrum of the sea clutter, so the sea clutter inherent spectrum must be estimated prior to investigating the sea clutter Doppler characteristics from the shipborne radar sea echo. In this paper we show some results about a shipborne sea clutter measurement experiment that was conducted in the South China Sea in a period between 2017 and 2018; abundant clutter data have been collected by using a shipborne S-band clutter measurement radar. To obtain the sea clutter inherent Doppler spectrum from these data, an estimation method, based on the mapping relationship between the shipborne clutter spectrum and the inherent clutter spectrum, is proposed. This method is validated by shipborne clutter data sets under the same measuring conditions except for the ship speed. Using this method, the characteristics of the Doppler spectrum lineshapes in the South China Sea are calculated and analyzed according to different sea states, wave directions, and radar resolutions, which can be instrumental in designing the radar target detection algorithms.     

Ship motion estimation from polarized Doppler spectra from ship wakes on two-dimensional sea surfaces

Abstract

The main purpose of this paper is to investigate the Doppler spectra from ship wakes on two-dimensional sea surfaces and further estimate the ship motion characteristics. The analysis of the ship wakes is helpful to detect the existence of ships on sea surface. And it will be an alternative method when the radar cross-section values are not competent to identify the ship target. In the study, Doppler spectra for different polarizations are compared with and without ship’s wakes based on the second-order small slope approximation method. As expected, there appears the second spectral peak when ship’s wake is considered. Moreover, the ship velocities, wind speed, and direction are also analyzed. As the results shown, there is a good linearity relation between the position of the second Doppler spectral peak and the ship velocity. Therefore, it is feasible to detect ship according the Doppler spectra.     

Detection of Target Embedded in Sea Clutter by Means of Millimeter Wave Radar

Sea clutter was measured using a millimeter wave radar with a frequency of 34.86GHz and pulse length of 30ns. A car carrier ship target was embedded in sea clutter. It has been discovered that target pulse-to-pulse fluctuations obey a Weibull distribution and sea clutter obey a Rayleigh distribution. We obtained target to clutter ratio improvement of 23.8dB by applying the cell average LOG/CFAR techniques. The computer simulation has been made to evaluate the detection probability and the false alarm probability. The simulation result was in good agreement with the observed data.     

Sea Clutter Suppression and Target Detection Algorithm of Marine Radar Image Sequence Based on Spatio-Temporal Domain Joint Filtering

In marine radar target detection, sea clutter will cause a large number of missed alarms and false alarms, which will affect the accuracy of target detection. In order to suppress sea clutter effectively, a sea clutter suppression and target detection algorithm of marine radar image sequence based on spatio-temporal domain joint filtering is proposed in this paper. The proposed method is to add a sea clutter suppression link before detecting the target. Firstly, the marine radar image sequence is transformed into three-dimensional frequency wavenumber domain by three-dimensional fast Fourier transform (3D-FFT), and then the three-dimensional image spectrum is obtained. According to the fact that the sea clutter spectrum obtained from the image spectrum satisfies the dispersion relation of linear wave theory in the three-dimensional frequency wavenumber domain, a sea clutter model is established. Then, through the established sea clutter model, a spatio-temporal domain joint sea clutter suppressor is designed to filter the image spectrum. After that, the filtered image spectrum is transformed by three-dimensional inverse fast Fourier transform (3D-IFFT) to obtain the image sequence in which sea clutter is suppressed. Finally, target detection is carried out for sea clutter suppressed image sequence. The method is validated by using the real data of X-band marine radar. Compared with the classical Empirical mode decomposition (EMD) method, the improvement of signal-to-noise ratio (SNR) is more obvious, and SNR can be increased by 15.3 db at most. In addition, compared with target detection on original images directly, the proposed method has excellent detection rate and can increase detection rates by at least 8%.     

多尺度形态算子融合图像滤波技术及滤波质量评价

针对舰载红外警戒系统的红外和电视图像,提出了一种新的海空背景下受强杂波、噪声污染的图像目标滤波算法和滤波效果的定量评价算子。算法采用多尺度的形态算子对输入的图像并行滤波,大尺度形态算子抑制图像噪声,小尺度形态算子提取目标边缘细节信息。处理后的图像进行基于树状小波帧变换的图像信息融合,融合图像可完备提取不同尺度滤波后的图像信息。针对目标检测跟踪的图像滤波算法的评价,提出了目标与背景的交叉分辨力评价算子及评价准则。仿真实验表明。该滤波算法要优于中值滤波、自适应滤波、小波变换滤波算法,滤波质量的定量评价算法是合理的、有效的。算法适用于舰载红外警戒系统。     

高光谱图像的海面溢油自动检测方法研究

海面溢油对海洋环境会生成许多有害物质,导致位于食物链底端的浮游生物大量死亡,进而危害整个海洋生态系统。高光谱遥感可以获取溢油和海水的空间分布信息和光谱分布信息,利用高光谱图像进行溢油检测具有更好的检测性能。针对高光谱图像的海面溢油检测过程中需要人工辅助的缺点,提出一种基于自适应匹配滤波的高光谱图像海面溢油自动检测方法。首先,利用场景中溢油的C—H键光谱特性,设计一种溢油参考光谱特征提取模型,获取溢油检测过程中的参考光谱。其次,依据海水、云以及溢油光谱反射特性的差异,选取海水、云和溢油差异最大的波段,分割海水像素,计算溢油检测过程中的背景参数。最后,将目标检测中经典的自适应匹配滤波方法进行适当的改进应用于溢油的检测。将该方法应用于实际墨西哥湾airborne visible infrared imaging spectrometer(AVIRIS)高光谱遥感影像的海面溢油的检测,结果表明该方法具有计算速度快,不需要人工辅助等方面的特点,可用于海面溢油的自动检测。