CN109087319B - 一种掩膜制作方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掩膜制作方法及系统。其中，该方法包括如下步骤：获取被测区域对雷达发射的射频信号进行反射的回波数据；将所述回波数据转换为图像信息进行显示；对所述图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理。本发明不依赖于电子海图便可制作掩膜模板，适用于电子海图未知或电子海图精度不高区域监视雷达的目标检测与跟踪。此外，该掩膜依据雷达检测后的回波数据进行制作，可以根据实际的地理位置情况灵活的设置非感兴趣目标，不仅适用于各种地理环境，而且可以有效地将船只等感兴趣的目标区分出来。

Description

一种掩膜制作方法及系统

技术领域

本发明涉及船舶交通导航系统技术领域，特别涉及一种掩膜制作方法及系统。

背景技术

在船舶交通导航系统(Vessel Traffic Services，简称VTS)中，雷达起着至关重要的作用。雷达通过周期扫描实现目标回波信息的获取，并从回波信息中提取出目标信息传送给VTS显控中心。在实际检测过程中，由于一些较强的反射体会产生大量的虚警，若不能有效地对水面目标和陆地目标以及不感兴趣的目标进行区分掩模，在目标跟踪处理后，则会将这些非目标信息及一些干扰目标上报至VTS显控中心，不仅容易造成目标跟踪错误、造成网络资源浪费等，还会对VTS显控中心多目标信息融合造成影响。因此，鉴于此考虑，在VTS系统中，常采用掩模的方法，对不感兴趣目标和实际需跟踪的目标进行有效区分，提高雷达数据处理的有效性及跟踪的可靠性。

目前，掩膜的常规方法是直接按照电子海图进行海岸线提取，将雷达安装点位置信息以及雷达录取的目标点位置信息与数字海图相结合，通过坐标转换与映射，进行不同角度与距离条件下的水陆目标掩模制作。但是这种方法存在如下缺陷：由于雷达安装的高度以及扫描角度的不同，海岸线与实际录取回波存在一定的误差，导致制作的掩膜误差也较大；此外，对于没有海图的水域，无法有效实现掩模的制作。

发明内容

本发明提出了一种掩膜制作方法及系统，旨在解决现有船舶交通导航系统中对于没有海图的海域无法制作掩膜的问题。

一个方面，本发明提出了一种掩膜制作方法，该方法包括如下步骤：获取被测区域对雷达发射的射频信号进行反射的回波数据；将所述回波数据转换为图像信息进行显示；对所述图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理。

进一步地，上述掩膜制作方法中，所述对图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理进一步包括如下子步骤：从所述图像信息中选择不感兴趣的目标；用封闭图形对所述不感兴趣的目标进行封闭处理；遍历所述图像信息中的所有像素点，将位于封闭图形内和封闭图形外的像素置位不同的数值。

进一步地，上述掩膜制作方法中，所述从图像信息中选择不感兴趣的目标进一步包括如下子步骤：将最大径向尺寸小于第一预设值的目标确定为不感兴趣的目标。

进一步地，上述掩膜制作方法中，所述从图像信息中选择不感兴趣的目标进一步包括如下子步骤：将最大径向尺寸大于第二预设值的目标确定为不感兴趣的目标。

进一步地，上述掩膜制作方法中，所述从图像信息中选择不感兴趣的目标进一步包括如下子步骤：从所述图像信息中确定海岸线，将海岸线以外的目标确定为不感兴趣的目标；将海岸线以内的最大径向尺寸小于第一预设值的目标确定为不感兴趣的目标。

进一步地，上述掩膜制作方法中，所述从图像信息中选择不感兴趣的目标进一步包括如下子步骤：将海岸线以内的最大径向尺寸大于第二预设值的目标确定为不感兴趣的目标。

进一步地，上述掩膜制作方法中，所述将回波数据转换为图像信息进行显示进一步包括：根据预先标定好的修正量对所述回波数据进行校正；将校正后的回波数据转换为图像信息进行显示。

可以看出，本发明不依赖于电子海图便可制作掩膜模板，适用于电子海图未知或电子海图精度不高区域监视雷达的目标检测与跟踪。此外，该掩膜依据雷达检测后的回波数据进行制作，可以根据实际的地理位置情况灵活的设置非感兴趣目标，不仅适用于各种地理环境，而且可以有效地将船只等感兴趣的目标区分出来。

另一方面，本发明还提出了一种掩膜制作系统，该系统包括：获取模块，用于获取被测区域对雷达发射的射频信号反射的回波数据；显示模块，用于将所述回波数据转换为图像信息进行显示；处理模块，用于对所述图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理。

进一步地，上述掩膜制作系统中，所述处理模块还包括：选择子模块，用于从所述图像信息中选择不感兴趣的目标；封闭子模块，用于用封闭图形对所述不感兴趣的目标进行封闭处理；制作子模块，用于遍历所述图像信息中的所有像素点，将位于封闭图形内和封闭图形外的像素置位不同的数值。

进一步地，上述掩膜制作系统中，所述显示模块进一步包括：校正子模块，用于根据预先标定好的修正量对所述回波数据进行校正；显示子模块，用于将校正后的回波数据转换为图像信息进行显示。

由于本掩膜制作系统和上述掩膜制作方法原理相同，所以该掩膜制作系统也具有相应的技术效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的掩膜制作方法的流程图；

图2为本发明实施例中对图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理的子流程图；

图3为本发明实施例中从图像信息中选择不感兴趣的目标的方法的子流程图；

图4为本发明实施例中将回波数据转换为图像信息进行显示方法的子流程图；

图5为本发明实施例提供的模板制作方法的另一流程图；

图6为本发明实施例提供的模板使用方法的另一流程图；

图7为本发明实施例提供的模板制作方法中的图像信息显示图；

图8为本发明实施例提供的模板制作方法中进行封闭处理后的图像信息显示图；

图9为本发明实施例提供的模板制作系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细说明。

方法实施例：

参见图1，图1为本发明实施例提供的掩膜制作方法的流程图。如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S101，获取被测区域对雷达发射的射频信号进行反射的回波数据。

具体地，通过雷达向被测区域发射射频信号，并接收被测区域反射的回波信号。由于本实施例主要应用于船舶交通导航系统，所以被测区域主要为待测水域。

步骤S102，将回波数据转换为图像信息进行显示。

具体地，雷达对待测水域反射的回波数据进行接收，可以通过恒虚警等检测处理，得到待测水域的位置信息，用矩阵M表示，该矩阵M为距离R、方位角θ的二维矩阵，并进行图像显示。方位向间隔为角度分辨率，距离向间隔为距离分辨率。

步骤S103，对图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理。

具体地，在雷达回波图像上，直接对不感兴趣的目标进行掩模处理。其中，不感兴趣的目标可以为航标，也可以为小船只、岛屿、陆地、桥梁等。需要说明的是，不感兴趣的目标可以根据待测水域的实际情况进行确定，本实施例对其不做任何限定。

该模板的使用方法如下：

控制雷达向被测水域发射射频信号，并接收被测水域反射回的回波信号，根据该回波信号确定被测水域目标点的位置信息，遍历各目标点的位置信息，并找到模板对应的位置点，并置位雷达检测数据矩阵，获得雷达掩模后的数据矩阵，并用0，1进行标记，0代表位于掩模内的雷达数据信息，1代表位于掩模外的雷达数据信息。利用掩模后的数据矩阵，只对1标记的位置信息对应的雷达数据，按照雷达的数据处理流程进行后续的联合、航迹关联等处理。

可以看出，本发明实施例不依赖于电子海图便可制作掩膜模板，适用于电子海图未知或电子海图精度不高区域监视雷达的目标检测与跟踪。此外，该掩膜依据雷达检测后的回波数据进行制作，可以根据实际的地理位置情况灵活的设置非感兴趣目标，不仅适用于各种地理环境，而且可以有效地将船只等感兴趣的目标区分出来，可以减少大量虚警。

参见图2，在本发明的一种实施方式中，对图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理可以包括如下子步骤：

子步骤S201，从图像信息中选择不感兴趣的目标。

具体地，在极坐标下，根据预设规则从图像信息中选择不感兴趣的目标。需要说明的是，该预设规则可以根据不感兴趣目标与感兴趣目标之间的区别特征进行设置，例如，当不感兴趣目标和感兴趣的目标船只之间的尺寸有差异时，该预设规则可以根据图像信息中目标的大小进行设定，当不感兴趣目标和感兴趣的目标船只之间的颜色信息有差异时，该预设规则可以根据图像信息中的像素值进行设定，本实施例对预设规则的具体条件不做任何限定。

子步骤S202，用封闭图形对不感兴趣的目标进行封闭处理。

具体地，用封闭图形对图像信息中不感兴趣的图像区域进行封闭处理，该封闭图形的走向尽量沿着不感兴趣图形区域的边界，将不感兴趣的图形区域封于其内。获取该封闭图形的点列，该点列信息用矩阵N表示。需要说明的是，具体实施时，该封闭图形可以为多边形、圆形等各种形状，本实施例对该封闭图形的具体形式不做任何限定。

子步骤S203，遍历图像信息中的所有像素点，将位于封闭图形内和封闭图形外的像素置位不同的数值。

具体地，遍历回波图像的所有像素点，根据各像素点是否在封闭图形内部置位像素值，0表示在封闭图形内部，255表示在封闭图形外部，根据各像素值对应的位置信息，得到掩膜模板，用矩阵O表示。

对于一般海域而言，海域中不感兴趣的目标主要是航标，而航标的大小远远小于船只，基于此，在本发明的一种实施方式中，从图像信息中选择不感兴趣的目标可以包括：将最大径向尺寸小于第一预设值的目标确定为不感兴趣的目标。其中，径向尺寸指的是沿图7和图8中所示的R向尺寸。图7和图8中的R表示距离，θ表示方位角，图中的白色图形表示的是检测后的回波图像。图8中用不规则的多边形对不感兴趣目标进行的封闭处理。

需要说明的是，具体实施时，第一预设距离的具体取值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

可以看出，本实施例可以对海域内的航标等不感兴趣的目标进行有效识别，并且，由于第一预设值可以根据实际情况来设定，所以本实施例可以根据实际情况识别不同大小的航标等不感兴趣目标，方法灵活，适用范围广。

进一步地，对于某些海域而言，不感兴趣的目标除了航标外，还可能有桥梁、岛屿等，而桥梁、岛屿等目标的大小一般大于船只，基于此，在本发明的另一种实施方式中，从图像信息中选择不感兴趣的目标还可以包括：将最大径向尺寸大于第二预设值的目标确定为不感兴趣的目标。

需要说明的是，具体实施时，第二预设距离的具体取值可以根据实际情况来确定，本实施例对其不做任何限定。

可以看出，本实施例可以对海域内的岛屿、桥梁等目标进行有效识别，并且，由于第二预设值可以根据实际情况来设定，所以本实施例可以根据实际情况识别不同大小的岛屿、桥梁等目标，方法灵活，适用范围广。

一般而言，图像信息中除了包括海域内的航标和桥梁等目标外，往往还会包括有岸上的目标，为了提高识别效率，可以先将岸上的所有目标全部设置为不感兴趣的目标，然后再对水域内的目标进行识别，基于此，在本发明的又一种实施方式中，参见图3，从图像信息中选择不感兴趣的目标可以包括如下子步骤：

子步骤S301，从图像信息中确定海岸线，将海岸线以外的目标确定为不感兴趣的目标。

具体地，首先在图像信息中确定海岸线，参见图8，将沿图中R向贯穿整个图像的两条连续线A即为海岸线，两条连续线A以外的部分即为岸上，两条连续线A之间的部分即为海域内。

子步骤S302，将海岸线以内的最大径向尺寸小于第二预设值的目标确定为不感兴趣的目标。该步骤的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

进一步地，在本发明的又一实施例中，从图像信息中选择不感兴趣的目标还可以包括如下子步骤：将海岸线以内的最大径向尺寸大于第一预设值的目标确定为不感兴趣的目标。该步骤的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

参见图4，在本发明的一种实施方式中，将回波数据转换为图像信息进行显示步骤可以进一步包括：

子步骤S401，根据预先标定好的修正量对回波数据进行校正。

具体地，利用已知点目标的精确位置信息，对监视雷达录取的被测区域内的该目标的距离和方位进行校准，获得距离修正量Δl和方位修正量Δθ，分别使用距离修正ΔL和方位修正Δα对矩阵M进行校正，获得矩阵M'。

子步骤S402，将校正后的回波数据转换为图像信息进行显示。

具体地，根据校正后的矩阵M'进行图像显示。

可以看出，由于本实施例增设了对回波数据的校正步骤，所以进一步提高了回波数据的准确性，进而提高了掩膜的制作精度。

下面结合图5和图6对本发明实施例的掩膜制作方法及使用方法进行更为详细的说明。

参见图5，模板制作过程为：利用已知点目标对监视雷达录取的该目标的距离和方位进行校准，获得距离修正量Δl和方位修正量Δθ。再利用该雷达对待测水域进行观测录取，通过恒虚警检测处理，得到检测后相关水域的位置信息，用矩阵M表示；该矩阵为距离R、方位θ的二维矩阵。然后使用距离修正ΔL和方位修正Δα对矩阵M进行校正，获得M'，并进行图像显示。在该图像上对检测后的不感兴趣的回波图像区域进行任意多边形的掩模处理，获取多边形点列，该点列信息用矩阵N表示。遍历回波图像，根据对应像素点是否在多边形内部置位像素值，0表示在多边形内部，255表示在多边形外部，根据像素值对应的位置信息，得到模板。

参见图6，该模板的使用方法为：利用制作好的模板，对雷达检测后的回波信息M矩阵的角度维进行遍历。分别取模板对应的角度值θ，根据雷达角度分辨率σ计算对应模板的大致行索引编号m，

然后在行索引编号的附近根据角度值找到最优的行索引编号，具体为对m进行取整运算。根据最优的行索引编号找到该角度的所有回波信息位置点，取模板对应的位置点，根据距离分辨率计算对应模板的大致列索引编号，然后在列索引编号的附近根据角度值找到最优的列索引编号，置位雷达检测数据矩阵，获得雷达掩模后的数据矩阵，并用0，1进行标记，0代表位于掩模内的雷达数据信息，1代表位于掩模外的雷达数据信息。利用掩模后的数据矩阵，只对1标记的位置信息对应的雷达数据，按照雷达的数据处理流程进行后续的联合、航迹关联等处理。

该掩膜制作方法进行了如下试验：已知雷达监测为内河航道，观测区域存在航标、桥梁以及正常航行船只。通过采用脉冲压缩技术，信号带宽为40MHz，天线旋转一周的量化位数为2250个，距离分辨率和角度分辨率为3.75m和0.16度。雷达架设在内河的小岛上，架设天线25m，采用360度周期扫描的方式获取目标回波，经信号处理实现目标的检测和跟踪。通过交互式掩模的方法，有效地对水陆进行区分，以及对非感兴趣的目标进行直观地掩模处理，提高了后续目标跟踪的可靠性。

综上，本发明实施例不依赖于电子海图便可制作掩膜模板，适用于电子海图未知或电子海图精度不高区域监视雷达的目标检测与跟踪。

系统实施例：

参见图9，本发明实施例还提出了一种掩膜制作系统，该系统包括：获取模块901，用于获取被测区域对雷达发射的射频信号反射的回波数据；显示模块902，用于将回波数据转换为图像信息进行显示；处理模块903，用于对图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理。

上述掩膜制作系统中，处理模块还可以包括：选择子模块，用于从图像信息中选择不感兴趣的目标；封闭子模块，用于用封闭图形对不感兴趣的目标进行封闭处理；制作子模块，用于遍历图像信息中的所有像素点，将位于封闭图形内和封闭图形外的像素置位不同的数值，得到掩膜模板。

上述掩膜制作系统中，显示模块还可以包括：校正子模块，用于根据预先标定好的修正量对回波数据进行校正；显示子模块，用于将校正后的回波数据转换为图像信息进行显示。

本实施例的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

由于本掩膜制作系统和上述掩膜制作方法原理相同，所以该掩膜制作系统也具有相应的技术效果。

上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上进行任何简单的变形或者替换而得到的新的技术方案，均将落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种掩膜制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取被测区域对雷达发射的射频信号进行反射的回波数据；所述被测区域主要为待测水域；

将所述回波数据转换为图像信息进行显示；

对所述图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理；

其中，对图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理进一步包括如下子步骤：

从所述图像信息中选择不感兴趣的目标；

用封闭图形对所述不感兴趣的目标进行封闭处理；

遍历所述图像信息中的所有像素点，将位于封闭图形内和封闭图形外的像素置位不同的数值；

从图像信息中选择不感兴趣的目标进一步包括如下子步骤：

从所述图像信息中确定海岸线，将海岸线以外的目标确定为不感兴趣的目标；

将海岸线以内的最大径向尺寸小于第一预设值的目标确定为不感兴趣的目标，以及，将海岸线以内的最大径向尺寸大于第二预设值的目标确定为不感兴趣的目标，所述径向尺寸为距离向尺寸。

2.如权利要求1所述的掩膜制作方法，其特征在于，将回波数据转换为图像信息进行显示进一步包括：

根据预先标定好的修正量对所述回波数据进行校正；

将校正后的回波数据转换为图像信息进行显示。

3.一种掩膜制作系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取被测区域对雷达发射的射频信号反射的回波数据；所述被测区域主要为待测水域；

显示模块，用于将所述回波数据转换为图像信息进行显示；

处理模块，用于对所述图像信息中不感兴趣的目标进行掩膜处理；

其中，所述处理模块还包括：

选择子模块，用于从所述图像信息中选择不感兴趣的目标；

封闭子模块，用于用封闭图形对所述不感兴趣的目标进行封闭处理；

制作子模块，用于遍历所述图像信息中的所有像素点，将位于封闭图形内和封闭图形外的像素置位不同的数值；

所述选择子模块通过执行下述步骤从图像信息中选择不感兴趣的目标：

从所述图像信息中确定海岸线，将海岸线以外的目标确定为不感兴趣的目标；

将海岸线以内的最大径向尺寸小于第一预设值的目标确定为不感兴趣的目标，以及，将海岸线以内的最大径向尺寸大于第二预设值的目标确定为不感兴趣的目标，所述径向尺寸为距离向尺寸。

4.如权利要求3所述的掩膜制作系统，其特征在于，所述显示模块进一步包括：

校正子模块，用于根据预先标定好的修正量对所述回波数据进行校正；

显示子模块，用于将校正后的回波数据转换为图像信息进行显示。

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