CN111665499A - 一种降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法。本发明方法，包括S1、提取船载雷达图像的海上疑似油膜目标；S2、将提取的海上疑似油膜目标融合至电子海图，并计算海上疑似油膜目标的质心点平面坐标；S3、以第一次检测到的疑似油膜目标的质心点为中心，在时间阈值T内，以距离阈值D为半径检索新的疑似油膜目标的质心点，并统计检索到的质心点数量；S4、当统计检索到的质心点数量达到数量阈值N时，判定为存在溢油，进行报警提示，否则，不进行报警提示，并对下一次检测到的疑似油膜目标执行步骤S3。本发明方法能够减少溢油误判的情况出现，有效控制因为误报警而导致治理巡航中人力与资源的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及溢油监测预警技术领域，具体而言，尤其涉及一种降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法。
背景技术
船载雷达在溢油监测预警领域具有广阔的应用前景。但在其实际应用中，由于其受到诸多因素的干扰，例如赤潮、绿潮、图像噪声等，总是存在溢油信息的误判与多判的情况，准确的溢油信息需要进行人工筛查，费时费力。因此，需要一种能够在海量船载雷达溢油监测图像中筛选出真实存在溢油监测信息的方法，来降低船载雷达海上溢油预警的误判率。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法。本发明主要利用时间阈值、距离阈值与数量阈值，降低船载雷达海上溢油误判率，能够减少溢油误判的情况出现，有效控制因为误报警而导致治理巡航中人力与资源的消耗。
本发明采用的技术手段如下：
一种降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法，包括：
S1、提取船载雷达图像的海上疑似油膜目标；
S2、将提取的海上疑似油膜目标融合至电子海图，并计算海上疑似油膜目标的质心点平面坐标；
S3、以第一次检测到的疑似油膜目标的质心点为中心，在时间阈值T内，以距离阈值D为半径检索新的疑似油膜目标的质心点，并统计检索到的质心点数量，质心点距离计算的公式如下：
其中，Dis表示两个质心点之间的距离，xA、yA为质心点A的横、纵坐标，xB、yB为质心点B的横、纵坐标；
S4、当统计检索到的质心点数量达到数量阈值N时，判定为存在溢油，进行报警提示，否则，不进行报警提示，并对下一次检测到的疑似油膜目标执行步骤S3。
进一步地，所述步骤S3中的时间阈值T与船舶的运动状态有关；最佳设定为船舶驶离发现的疑似油膜目标区域前，5个船载雷达图像采集周期的时间总和；如果船载雷达进行岸基固定安装或者船舶在锚地处于靠泊状态，时间阈值T可以完整地设定为5个船载雷达图像采集周期的时间总和。
进一步地，所述步骤S3中的距离阈值D默认的设定为船载雷达图像探测距离的1/12。
进一步地，所述步骤S4中的数量阈值N的推荐值为时间阈值T内船载雷达采集周期次数的4/5。
进一步地，所述步骤S3中统计检索到的质心点数量包括作为中心的疑似油膜目标的质心点与检索到的新的疑似油膜目标的质心点。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提出的一种基于时间阈值、距离阈值与数量阈值，降低船载雷达海上溢油误判率的判定方法，能够减少溢油误判的情况出现，有效控制因为误报警而导致治理巡航中人力与资源的消耗。
基于上述理由本发明可在溢油监测预警等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法流程图。
图2为本发明实施例提供的极坐标系统下的船载雷达原始图像。
图3为本发明实施例提供的笛卡尔坐标系统下的船载雷达原始图像。
图4为本发明实施例提供的采用拉普拉斯算子对转换到笛卡尔坐标系统的图像进行卷积运算后的图像。
图5为本发明实施例提供的采用Otsu算法分割的高亮像元图像。
图6为本发明实施例提供的采用均值滤波器进行降噪处理后的高亮像元图像。
图7为本发明实施例提供的采用灰度阈值法提取的斑点噪声图像。
图8为本发明实施例提供的中值滤波抑制斑点噪声图像。
图9为本发明实施例提供的生成降噪后图像的灰度强度校正矩阵。
图10为本发明实施例提供的预处理图像。
图11为本发明实施例提供的极坐标系统下的预处理结果图像。
图12为本发明实施例提供的在局部窗口设定LBF的初始轮廓。
图13为本发明实施例提供的LBF模型提取的疑似溢油目标。
图14为本发明实施例提供的方位角纠正后的疑似溢油目标轮廓。
图15为本发明实施例提供的提取疑似溢油目标在电子海图中的质心。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明提供了一种降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法，包括如下步骤：
S1、提取船载雷达图像的海上疑似油膜目标；
优选地，所述步骤S1具体为：(需要注意的是，此步骤的详细过程为申请人在另一项专利中公开的内容，为现有技术并非本申请的发明点)
S11、将船载雷达图像从极坐标系统(如图2所示)转换至信号抽象世界的平面直角坐标系统；如图3所示。
S12、如图4所示，采用拉普拉斯算子对转换到平面直角坐标系统的图像进行卷积运算，拉普拉斯算子如下：
其中，x表示图像中的行号，y表示图像中的列号，f(x,y)表示图像中x行y列位置的灰度值；
S13、如图5所示，采用Otsu算法对卷积运算处理后的图像进行处理，分割同频干扰噪声和高亮像元；
S14、采用均值滤波器，对上述分割出的同频干扰噪声进行降噪处理，生成如图6所示的均值滤波的图像，均值滤波器计算公式如下：
其中，m是(x,y)位置左边噪声的数量，n是(x,y)位置右边噪声的数量。
S15、采用灰度阈值法(灰度阈值设定为100)，对均值滤波后的图像进行分割，如图7所示，再将像元数量小于200的白色区域作为斑点噪声进行提取。
S16、采用21×21的局部窗口中值滤波器，对斑点噪声进行抑制，得到如图8所示的降噪后的图像。
S17、生成降噪后图像的灰度强度校正矩阵，如图9所示。图像的灰度强度校正矩阵算法如下：
S18、将降噪后的图像与其灰度强度校正矩阵进行图像减运算，降低降噪后图像的灰度分布不均匀性，得到如图10所示的预处理图像。
S19、如图11所示，将预处理图像投影回极坐标系统。
S20、应用基于区域的活动轮廓模型(LBF模型)设定疑似溢油目标提取的初始轮廓(如图12所示)，提取海上疑似溢油目标，如图13所示。
S21、如图14所示，将疑似溢油目标轮廓提取出来，并进行方位角纠正，旋转角度为负70.1°。
S2、将提取的海上疑似油膜目标融合至电子海图，并计算海上疑似油膜目标的质心点平面坐标；
优选地，所述步骤S2具体为：(需要注意的是，此步骤的详细过程为申请人在另一项专利中公开的内容，为现有技术并非本申请的发明点)
S21、通过投影变换，将雷达的GPS地理坐标数据变换成平面直角坐标数据；
S22、根据目标轮廓边界点的极坐标数据(R,θ)与本船的平面直角坐标数据(X本船，Y本船)，计算得到目标轮廓边界点的平面直角坐标数据(X，Y)；其计算公式如下：
S23、通过投影变换，逐步将目标轮廓每个边界点的平面直角坐标变换至以经纬度为单位的地理坐标，输出目标轮廓的地理坐标数据。
S24、将疑似溢油目标轮廓每个边界点，通过地理坐标，添加至电子海图中，并将疑似溢油目标的质心提取出来，如图15所示。
S25、通过投影变换，得到质心点的平面坐标。
S3、以第一次检测到的疑似油膜目标的质心点为中心，在时间阈值T内，以距离阈值D为半径检索新的疑似油膜目标的质心点，并统计检索到的质心点数量，质心点距离计算的公式如下：
其中，Dis表示两个质心点之间的距离，xA、yA为质心点A的横、纵坐标，xB、yB为质心点B的横、纵坐标；
优选地，所述步骤S3中的时间阈值T与船舶的运动状态有关；最佳设定为船舶驶离发现的疑似油膜目标区域前，5个船载雷达图像采集周期的时间总和；如果船载雷达进行岸基固定安装或者船舶在锚地处于靠泊状态，时间阈值T可以完整地设定为5个船载雷达图像采集周期的时间总和。
优选地，所述步骤S3中的距离阈值D默认的设定为船载雷达图像探测距离的1/12。例如一个6海里探测距离的船载雷达图像，距离阈值D默认设定为0.5海里；
S4、当统计检索到的质心点数量达到数量阈值N时，判定为存在溢油，进行报警提示，否则，不进行报警提示，并对下一次检测到的疑似油膜目标执行步骤S3。
优选地，所述步骤S4中的数量阈值N的推荐值为时间阈值T内船载雷达采集周期次数的4/5。例如，时间阈值T设置5个船载雷达图像采集周期的时间总和，则数量阈值N为“4”。
实施例
设定1个船载雷达图像的采集周期为3秒，雷达的监测距离为0.75海里，则时间阈值T为“15秒”，距离阈值D＝(0.75×1852)/12＝115.75米(1海里＝1852米)，数量阈值N为“4”。
提取船载雷达的海上疑似溢油目标，并在电子海图中得到连续6个疑似油膜目标的质心点平面坐标，如表1所示：
表1北京1984平面坐标系统下的质心点坐标
表1为从发现疑似油膜后，连续5个船载雷达采集周期采集的图像疑似油膜质心点平面坐标。
以质心点1为中心，在5个船载雷达图像采集周期内，以距离阈值D(115.75米)为半径检索新的疑似油膜目标的质心点，并统计检索到的质心点数量(包括质心点1)。检测符合条件的前N个质心点为1、2、3、5，当数量达到数量阈值N(4)时，则发出报警提示，不再计算质心点1与其余质心点的距离。质心点2-6与质心点1的距离如表2所示：
表2质心点1与其他质心点的距离
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法，包括：
S1、提取船载雷达图像的海上疑似油膜目标；
S2、将提取的海上疑似油膜目标融合至电子海图，并计算海上疑似油膜目标的质心点平面坐标；其特征在于，还包括如下步骤：
S3、以第一次检测到的疑似油膜目标的质心点为中心，在时间阈值T内，以距离阈值D为半径检索新的疑似油膜目标的质心点，并统计检索到的质心点数量，质心点距离计算的公式如下：
其中，Dis表示两个质心点之间的距离，xA、yA为质心点A的横、纵坐标，xB、yB为质心点B的横、纵坐标；
S4、当统计检索到的质心点数量达到数量阈值N时，判定为存在溢油，进行报警提示，否则，不进行报警提示，并对下一次检测到的疑似油膜目标执行步骤S3。
2.根据权利要求1所述的降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法，其特征在于，所述步骤S3中的时间阈值T与船舶的运动状态有关；最佳设定为船舶驶离发现的疑似油膜目标区域前，5个船载雷达图像采集周期的时间总和；如果船载雷达进行岸基固定安装或者船舶在锚地处于靠泊状态，时间阈值T可以完整地设定为5个船载雷达图像采集周期的时间总和。
3.根据权利要求1所述的降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法，其特征在于，所述步骤S3中的距离阈值D默认的设定为船载雷达图像探测距离的1/12。
4.根据权利要求1所述的降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法，其特征在于，所述步骤S4中的数量阈值N的推荐值为时间阈值T内船载雷达采集周期次数的4/5。
5.根据权利要求1或2所述的降低船载雷达海上溢油预警误判率的判定方法，其特征在于，所述步骤S3中统计检索到的质心点数量包括作为中心的疑似油膜目标的质心点与检索到的新的疑似油膜目标的质心点。
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