基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，包括：对原始图像进行海陆分割得到海陆分割图像，对原始图像进行边缘分割得到边缘图像；在边缘图像上，利用Hough变换提取初始直线得到港口岸线；根据港口岸线得到舰船停泊初始区域，根据舰船停泊初始区域得到投影空间，在投影空间内进行沿垂直港口岸线方向的投影，得到投影曲线，根据投影曲线得到舰船位置；根据投影曲线和投影空间的分辨率，得到舰船初始尺寸和初始长宽比，当舰船初始尺寸满足尺寸约束且初始长宽比满足长宽比约束时，得到舰船尺寸和长宽比。本发明专利技术无需获取先验地理信息、可以检测多种形状的舰船、可以检测并靠舰船、检测速度快且适用范围大。

Detection method for landing ships in high resolution remote sensing images based on projection analysis

The invention discloses a method of landing ship detection in high resolution remote sensing image based on projection analysis, which includes sea land segmentation to get sea land segmentation image, edge segmentation of original image and edge image, and Hough transform is used to extract the port coastline on the edge image. According to the port coastline, the initial location of the ship is obtained. The projection space is obtained according to the initial area of the ship, and the projection curve is projected along the direction of the vertical port in the projection space. The projection curve is obtained. The ship position is obtained according to the projection curve. The initial size of the ship is obtained according to the projection curve and the resolution of the projection space. When the initial size of the ship meets the size constraint and the initial aspect ratio satisfies the aspect ratio constraint, the ship size and aspect ratio are obtained. The invention does not need to obtain prior geographic information, can detect various shapes of ships, and can detect and rely on ships, and has fast detection speed and wide application scope.

【技术实现步骤摘要】
基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法
本专利技术属于图像目标检测领域，更具体地，涉及一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法。
技术介绍
随着遥感技术的不断发展，高分辨率遥感成像技术日趋成熟，广泛应用在气象预报、智慧交通、灾害应急、水土管理、军事侦察等方面。与此同时，随着计算性能提高和算法迭代，以图像目标检测为代表的计算机视觉技术取得长足进步。将图像目标检测技术应用到高分辨率遥感图像中，实现自动目标检测识别，具有广阔的应用前景。其中，高分辨率遥感图像中的靠岸舰船检测技术，在船舶管理、海面侦察等方面有重要应用价值。根据背景的复杂程度，舰船检测主要分为离岸舰船检测和靠岸舰船检测。相较于纯海洋背景的离岸舰船检测，靠岸舰船所处背景更复杂，既包含海洋背景，又包含港岸陆地背景，舰船与港岸在颜色和纹理特征上相似，空间上紧邻，如何将二者分开是靠岸舰船检测任务的难点。目前，靠岸舰船检测相关技术研究较少，已有的靠岸舰船检测方法主要分为三类：第一类方法是事先通过侦察手段获取港口先验地理信息，绘制港口模板，利用图像匹配算法进行舰船目标检测；第二类是基于舰船轮廓编码的方法，利用不变性广义Hough变换或可变夹角链码的方式匹配舰船轮廓；第三类是基于局部特征的方法，提取舰船角点，结合机器学习算法实现目标检测。现有的三类主要方法各有不足之处。第一类利用图像匹配的方法需要的先验地理信息往往难以获取，且匹配算法较为耗时；第二类基于舰船轮廓编码的检测方法，往往只能检测特定形状的舰船，且无法检测并靠舰船；第三类基于局部特征的方法往往假设舰船有“V”形船头，适用范围小，且难以从局部特征得到舰船整体形态和位置。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，由此解决现有技术存在先验地理信息难以获取、只能检测特定形状的舰船、无法检测并靠舰船、检测速度慢且适用范围小的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，包括：(1)对原始图像进行海陆分割得到海陆分割图像，对原始图像进行边缘分割得到边缘图像；(2)在边缘图像上，利用Hough变换提取初始直线，遍历初始直线后去除虚警得到港口岸线；(3)根据港口岸线得到舰船停泊初始区域，根据舰船停泊初始区域得到投影空间，在投影空间内进行沿垂直港口岸线方向的投影，得到投影曲线，根据投影曲线得到舰船位置；(4)根据投影曲线和投影空间的分辨率，得到舰船初始尺寸和初始长宽比，当舰船初始尺寸满足尺寸约束且初始长宽比满足长宽比约束时，得到舰船尺寸和长宽比。进一步地，海陆分割的具体实现方式为：采用K-means算法对原始图像进行分割，得到种子点，在种子点上进行区域生长，得到海陆分割区域，对海陆分割区域进行中值滤波后得到海陆分割图像。进一步地，边缘分割的具体实现方式为：利用sobel算子提取原始图像的梯度图，在梯度图上利用Otsu算子进行分割得到边缘图像。进一步地，步骤(2)包括：(2-1)根据边缘图像的对角线长度构造累加器，利用边缘图像上边缘点的梯度强度和梯度方向对累加器进行积分，得到直线参数，根据直线参数得到初始直线；(2-2)将初始直线按方向分为0°≤θ≤90°和90°＜θ＜180°两个区间，当o°≤θ≤90°或者90°＜θ＜180°时，自右向左或者自左向右遍历边缘图像，得到港口岸线的起点，自左向右或者自右向左遍历边缘图像，得到港口岸线的终点，根据起点和终点得到初始港口岸线，去除初始港口岸线的虚警得到港口岸线。进一步地，港口岸线的起点和港口岸线的终点的梯度方向与直线方向的夹角在70°到110°之间。进一步地，虚警包括：初始港口岸线的两侧均没有水域和初始港口岸线的两侧的水域长度均超过阈值。进一步地，步骤(3)还包括：当原始图像中存在并靠舰船时，在投影空间内沿港口岸线方向进行投影，得到并靠舰船的分界线，利用并靠舰船的分界线得到新的投影空间。进一步地，舰船尺寸为船长和船宽。进一步地，尺寸约束为：船长为80m至340m，船宽为15m至45m。进一步地，长宽比约束为长宽比的范围是4-11。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术无需提前获取港口先验地理信息，对舰船形状敏感性低可以检测多种类型靠岸舰船，可以有效检测并靠舰船，检测速度快且适用范围大。(2)本专利技术采用K-means算法与区域生长相结合的方法，得到海陆分割图像，可以更好地处理海浪、阴影等干扰，减少分割空洞，提高分割精度。同时，提取边缘时，先利用sobel算子提取梯度图，在梯度图的基础上利用Otsu算子进行分割得到边缘图像，可以高效地获得边缘图像。(3)本专利技术只对边缘图像上边缘点进行检测，大大减少了遍历点的数量，同时利用了边缘点的梯度强度和梯度方向信息，减少角度遍历范围，可以加快Hough变换计算速度，同时提高直线检测精度。附图说明图1是本专利技术实施例提供的靠岸舰船检测方法的流程图；图2(a)是本专利技术实施例提供的原始图像；图2(b)是本专利技术实施例提供的海陆分割图像；图2(c)是本专利技术实施例提供的梯度图；图2(d)是本专利技术实施例提供的边缘图像；图3(a)是本专利技术实施例提供的传统Hough变换直线检测结果图；图3(b)是本专利技术实施例提供的本专利技术Hough变换直线检测结果图；图4是本专利技术实施例提供的港口岸线定位图；图5是本专利技术实施例提供的靠岸舰船示意图；图6是本专利技术实施例提供的垂直岸线方向投影的舰船投影曲线图；图7(a)是本专利技术实施例提供的定位线段紧挨舰船时的舰船投影曲线图；图7(b)是本专利技术实施例提供的定位线段有偏移时的舰船投影曲线图；图8是本专利技术实施例提供的投影曲线基准值示意图；图9是本专利技术实施例提供的沿岸线方向投影的舰船投影示意图；图10(a)是本专利技术实施例提供的对并靠船图像；图10(b)是本专利技术实施例提供的对并靠船检测结果；图11(a)是本专利技术实施例提供的第一种原始图像；图11(b)是本专利技术实施例提供的第一种原始图像的舰船检测结果；图11(c)是本专利技术实施例提供的第二种原始图像；图11(d)是本专利技术实施例提供的第二种原始图像的舰船检测结果；图11(e)是本专利技术实施例提供的第三种原始图像；图11(f)是本专利技术实施例提供的第三种原始图像的舰船检测结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，包括：(1)图像预处理：对原始图像进行海陆分割得到海陆分割图像，对原始图像进行边缘分割得到边缘图像；(2)岸线检测：利用Hough变换提取初始直线，遍历初始直线后去除虚警得到港口岸线；(3)投影分析：根据港口岸线得到舰船停泊初始区域，根据舰船停泊初始区域得到投影空间，在投影空间内进行沿垂直岸线方向的投影，得到投影曲线，根据投影曲线得到舰船位置；(4)目标确认：根据投影曲线和投影空间的分辨率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，其特征在于，包括：(1)对原始图像进行海陆分割得到海陆分割图像，对原始图像进行边缘分割得到边缘图像；(2)在边缘图像上，利用Hough变换提取初始直线，遍历初始直线后去除虚警得到港口岸线；(3)根据港口岸线得到舰船停泊初始区域，根据舰船停泊初始区域得到投影空间，在投影空间内进行沿垂直港口岸线方向的投影，得到投影曲线，根据投影曲线得到舰船位置；(4)根据投影曲线和投影空间的分辨率，得到舰船初始尺寸和初始长宽比，当舰船初始尺寸满足尺寸约束且初始长宽比满足长宽比约束时，得到舰船尺寸和长宽比。

【技术特征摘要】
1.一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，其特征在于，包括：(1)对原始图像进行海陆分割得到海陆分割图像，对原始图像进行边缘分割得到边缘图像；(2)在边缘图像上，利用Hough变换提取初始直线，遍历初始直线后去除虚警得到港口岸线；(3)根据港口岸线得到舰船停泊初始区域，根据舰船停泊初始区域得到投影空间，在投影空间内进行沿垂直港口岸线方向的投影，得到投影曲线，根据投影曲线得到舰船位置；(4)根据投影曲线和投影空间的分辨率，得到舰船初始尺寸和初始长宽比，当舰船初始尺寸满足尺寸约束且初始长宽比满足长宽比约束时，得到舰船尺寸和长宽比。2.如权利要求1所述的一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，其特征在于，所述海陆分割的具体实现方式为：采用K-means算法对原始图像进行分割，得到种子点，在种子点上进行区域生长，得到海陆分割区域，对海陆分割区域进行中值滤波后得到海陆分割图像。3.如权利要求1或2所述的一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，其特征在于，所述边缘分割的具体实现方式为：利用sobel算子提取原始图像的梯度图，在梯度图上利用Otsu算子进行分割得到边缘图像。4.如权利要求1或2所述的一种基于投影分析的高分辨率遥感图像中靠岸舰船检测方法，其特征在于，所述步骤(2)包括：(2-1)根据边缘图像的对角线长度构造累加器，利用边缘图像上边缘点的梯度强度和梯度方向对累加器进行积分，得到直线参数，根据直线参数得到初始直线；(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岳环，洪星，桑农，秦小娟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42