CN103578103B

CN103578103B - 基于航姿校正的目标快速搜索方法

Info

Publication number: CN103578103B
Application number: CN201310436711.9A
Authority: CN
Inventors: 李香祯; 柴智; 杨文佳; 谢晓丹; 王楠; 石春雷
Original assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Current assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: CN103578103A

Abstract

本发明属于光电产品应用技术领域，具体涉及一种基于航姿校正的目标快速搜索方法。本发明的方法包括以下步骤：步骤1.边缘提取；步骤2.求取海天分界线；步骤3.提取待搜索区域；步骤4.形态滤波；步骤5.图像分割；步骤6.目标航姿校正；步骤7.目标确认。本发明解决了现有技术中的目标搜索方法基于静止平台的技术问题；能够有效实现运动平台下对海上舰船、空中飞机等目标的搜索。

Description

基于航姿校正的目标快速搜索方法

技术领域

本发明属于光电产品应用技术领域，具体涉及一种基于航姿校正的目标快速搜索方法。

背景技术

自1982年《联合国海洋法公约》通过以来，世界范围内的海洋问题开始明显增多，海上相邻、相向国家之间的矛盾日渐突显起来，从1994年11月16日《联合国海洋法公约》正式生效起，全球海域间的岛屿争端、海域纠纷更呈加剧及持续升温的状态，中国在海洋问题上遇到前所未有的挑战，随着我国岛屿问题的不断升级，对光电取证跟踪技术智能化的要求越来越迫切。舰载光电监测跟踪系统通过在舰船平台上建立取证系统，在全天时，8级以下风浪气候条件下，实现对陆、海、空全区域的非法目标探测和预警预报，实时对海上舰船、飞机等进行探测、跟踪、识别，从而对海洋环境、海洋资源和海上、空中目标等进行监视、跟踪和记录取证。记录的图像资料作为海洋执法监察调查取证的依据，达到维护海洋权益，保护海洋环境和资源，规范海上作业，实现与世界并轨的目标。

现有技术中的目标搜索方法主要基于静止平台，难以实现运动平台下对海上舰船、空中飞机等目标的搜索。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：现有技术中的目标搜索方法主要基于静止平台，难以实现运动平台下对海上舰船、空中飞机等目标的搜索。

本发明的技术方案如下所述：

一种基于航姿校正的目标快速搜索方法，包括以下步骤：

步骤1.边缘提取；步骤2.求取海天分界线；步骤3.提取待搜索区域；步骤4.形态滤波；步骤5.图像分割；步骤6.目标航姿校正；步骤7.目标确认。

作为优选方案，

步骤1中，采用Sobel水平边缘算子对原始图像f(x,y)进行处理，获取边缘图像G_R(x,y)；

步骤2中，对边缘图像G_R(x,y)进行Hough变换，确定海天分界线y＝mx+b；

步骤3中，对海天分界线上下各N1个像素的区域作为待搜索区域f_I(x,y)；N1可以取30；

步骤4中，对待搜索区域f_I(x,y)使用方形结构元素Top-Hat变换，得到形态滤波后的图像I(x,y)；

步骤5中，采用最大类间方差自动门限法对图像I(x,y)进行分割，灰度值大于最佳门限值的像素保留其灰度值，其余的像素灰度值置为零；

步骤6中，获取前后两帧图像在俯仰方向上的位移，根据此位移对目标的俯仰位置进行补偿；根据伺服系统转动参数对目标的水平位置进行补偿；

步骤7中，采用管道滤波算法对目标进行确认。

作为优选方案，

步骤1中，所述Sobel水平边缘算子为：

-1	-2	-1
			0	0	0
1	2	1

作为优选方案，

步骤2中，在Hough变换域提取最大值，最大值对应参数(u,v)：其中u为原点到直线的距离，v为直线与竖直方向夹角，以此确定海天分界线。

作为优选方案，

步骤7中，设当前帧图像的目标特征为X_n，X_n＝(x_n1,x_n2,x_n3,x_n4,x_n5,x_n6)，其向量依次表示目标的方位位置、俯仰位置、方位尺寸、俯仰尺寸、面积和平均灰度；

将当前帧图像的目标特征X_n送入管道，与管道中的每个元素进行对比，公式如下式所示：

R (i) = \{\begin{matrix} 1 & | X_{n} - X_{n - i}^{r} | = \sqrt{Σ_{j = 1}^{6} a_{j} {(x_{nj} - x_{(n - i) j}^{r})}^{2}} < D \\ 0 & other \end{matrix};

其中，a_j为权系数；X_n为当前帧图像的目标特征；为前i帧图像第r个目标的特征；D为确认门限值；D可以取50；

若R(i)为1时，则确认目标为真目标；若R(i)连续N2帧为0时，则判断目标为虚假目标，直接剔除，N2可以取5。

本发明的有益效果为：

本发明的基于航姿校正的目标快速搜索方法，能够有效实现运动平台下对海上舰船、空中飞机等目标的搜索。

从目标在远距离时，通过动目标快速搜索，自动快速搜索指定区域的非法目标，对目标锁定跟踪。

对于海面上的目标，容易受到海面杂波的影响，并且由于平台晃动、发动机震动，对搜索都造成了很大的影响。本发明通过海天分界线，提取感兴趣区域，同时计算相邻帧图像中目标的偏移量，可准确有效的搜索到目标，消除杂波和晃动的影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的基于航姿校正的目标快速搜索方法进行详细说明。

本发明的基于航姿校正的目标快速搜索方法，包括以下步骤：

步骤1.边缘提取

采用Sobel水平边缘算子对原始图像f(x,y)进行处理：对原始图像f(x,y)中的每个点均采用Sobel水平边缘算子做卷积，获取边缘图像G_R(x,y)。

本实施例中，所述Sobel水平边缘算子为：

-1	-2	-1
			0	0	0
1	2	1

步骤2.求取海天分界线

对边缘图像G_R(x,y)进行Hough变换，在Hough变换域中提取最大值，最大值对应参数(u,v)：其中u为原点到直线的距离，v为直线与竖直方向夹角，即海天分界线位置参数，继而确定海天分界线y＝mx+b。

步骤3.提取待搜索区域

根据海天分界线位置，对海天分界线上下各N1个像素的区域作为待搜索区域f_I(x,y)。本实施例中，N1=30。

步骤4.形态滤波

对待搜索区域f_I(x,y)使用方形结构元素Top-Hat变换，得到形态滤波后的图像I(x,y)。Top-Hat变换能够保留红外目标的图像细节，对目标姿态不敏感，可以有效抑制复杂背景。

步骤5.图像分割

采用最大类间方差自动门限法对图像I(x,y)进行分割：设图像灰度范围为{1,2,…,l}，采用最大类间方差法，获取最佳门限值，灰度值大于最佳门限值的像素保留其灰度值，其余的像素灰度值置为零。

步骤6.目标航姿校正

设当前帧图像中海天分界线为y₁＝m₁x₁+b₁，上一帧图像中海天分界线为y₀＝m₀x₀+b₀，忽略不计前后两帧图像的斜率变化，可以获取前后两帧图像在俯仰方向上的位移d＝b₁-b₀，根据位移d对目标的俯仰位置进行补偿。此外，根据伺服系统转动参数对目标的水平位置进行补偿，所述根据伺服系统转动参数进行水平补偿的方法为本领域技术人员公知常识。

步骤7.目标确认

采用管道滤波算法对目标进行确认：

采用目标的多种特征构成管道进行滤波，设当前帧图像的目标特征为X_n，X_n＝(x_n1,x_n2,x_n3,x_n4,x_n5,x_n6)，其向量依次表示目标的方位位置、俯仰位置、方位尺寸、俯仰尺寸、面积和平均灰度；将当前帧图像的目标特征X_n送入管道，与管道中的每个元素进行对比，公式如下式所示：

R (i) = \{\begin{matrix} 1 & | X_{n} - X_{n - i}^{r} | = \sqrt{Σ_{j = 1}^{6} a_{j} {(x_{nj} - x_{(n - i) j}^{r})}^{2}} < D \\ 0 & other \end{matrix} .

其中，a_j为权系数；X_n为当前帧图像的目标特征；为前i帧图像第r个目标的特征；D为确认门限值，本实施例中取值为50。

若R(i)为1时，则确认目标为真目标；若R(i)连续N2帧为0时，则判断目标为虚假目标，直接剔除，本实施例中，N2=5。

Claims

1.一种基于航姿校正的目标快速搜索方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1.边缘提取；

步骤2.求取海天分界线；

步骤3.提取待搜索区域；

步骤4.形态滤波；

步骤5.图像分割；

步骤6.目标航姿校正；

步骤7.目标确认；

步骤3中，将海天分界线上下各N1个像素的区域作为待搜索区域f_I(x,y)；

步骤7中，采用管道滤波算法对目标进行确认；

步骤1中，所述Sobel水平边缘算子为：

步骤2中，在Hough变换域提取最大值，最大值对应参数(u,v)：其中u为原点到直线的距离，v为直线与竖直方向夹角，以此确定海天分界线；

步骤3中，N1＝30；

R (i) = \{\begin{matrix} 1 & | X_{n} - X_{n - i}^{r} | = \sqrt{Σ_{j = 1}^{6} a_{j} {(x_{n j} - x_{(n - i) j}^{r})}^{2}} < D \\ 0 & o t h e r \end{matrix};

其中，a_j为权系数；X_n为当前帧图像的目标特征；为前i帧图像第r个目标的特征；D为确认门限值；

若R(i)为1时，则确认目标为真目标；若R(i)连续N2帧为0时，则判断目标为虚假目标，直接剔除。

2.根据权利要求1所述的一种基于航姿校正的目标快速搜索方法，其特征在于：D＝50；N2＝5。