机载高光谱红外溢油监测方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种机载高光谱红外溢油监测方法及系统，其中方法包括：在发现溢油区域之前，进入搜索模式，空间分辨率和光谱分辨率可调的傅里叶变换红外成像光谱仪快速采集海面溢油的高光谱图像；运动补偿系统对采集的高光谱图像进行图像拼接融合，获得大范围的海面溢油高光谱图像，并通过计算飞机的姿态、运动状况和位置信息来补偿飞机平台运动所带来的视场变化；根据该大范围的海面溢油高光谱图像判断是否存在溢油区域，若是，则切换为分析模式；在该分析模式下，运动补偿系统控制所述傅里叶变换红外成像光谱仪的监测视场始终保持对准溢油区域，所述红外成像光谱仪在小范围内采集高精度的光谱信息；根据该高精度的光谱信息进行溢油的种类识别。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机载高光谱红外溢油监测领域，尤其涉及一种机载高光谱红外溢油监测方法及系统。
技术介绍
近年来，随着国际间海上贸易日益繁荣，海洋运输业发展迅猛。然而，随之而来的海上溢油污染，已经超过海洋中的重金属污染、氯代烃污染、放射性污染和热污染等，成为海洋污染中最严重的问题，由船舶、油轮引起的油污染成为国际社会关注的焦点。目前，海洋溢油发生的次数约占所有海洋污染次数的80％，海上油污染已成为各种海洋污染中最常见的、分布面积最广、危害程度最大的一种，其特点是扩散范围广、流动性大、持续时间长、难以控制和消除、清理费用高等。当油污进入海洋后，严重破坏大气、海洋和近岸陆地的生态环境，会导致大批海洋生物的死亡，破坏海洋中生物的食物链，并会污染海洋、海滩和港口。更为严重的是被污染的生物也会因油污染而在体内累积毒性化合物，并经由食物链食物网传递至人类，威胁消费者的身体健康。事后的清除工作也是难上加难，要承担高昂的清污费用，受污染的海域在短时间内也不可能恢复原貌。我国是当今世界第二、亚洲第一大石油进口国，石油进口量的迅速增加，导致船舶溢油污染，特别是特大船舶溢油污染的风险增大。据统计，1973-2006年，我国沿海共发生大小船舶溢油事故2635起，危害严重。此外，海上钻井平台也会带来较高的环境风险。仅2011年的康菲蓬莱溢油事件，就污染海域面积5500平方公里，造成直接经济损失16.83亿元，并给周围生态环境和近千户渔民财产带来了巨大损失，在全国范围内震动极大。将红外成像光谱仪用于机载平台实现海上溢油在线实时监测，可以突破传统监控成像技术的局限，及时获取溢油的成分信息和厚度，辅助海监救援人员在瞬息万变的海洋环境下对事故进行高效率分析，制定合理的处理方案，弥补了普通光电成像以及星载光谱成像的不足。进一步的，利用机载红外成像光谱仪对海上油田和运输油轮进行监控，可以判断油气泄漏状况，实现环境灾害预防检测或早期预警，防止更大规模的环境灾害发生。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对传统监控成像技术的局限，提供一种可以及时发现海上溢油区域并对溢油的种类进行识别的机载高光谱红外溢油监测方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种机载高光谱红外溢油监测方法，包括以下步骤：在发现溢油区域之前，进入搜索模式，在该搜索模式下，空间分辨率和光谱分辨率可调的傅里叶变换红外成像光谱仪快速采集海面溢油的高光谱图像；运动补偿系统对采集的高光谱图像进行图像拼接融合，获得大范围的海面溢油高光谱图像，并通过计算飞机的姿态、运动状况和位置信息来补偿飞机平台运动所带来的视场变化；根据该大范围的海面溢油高光谱图像判断是否存在溢油区域，若是，则切换为分析模式；在该分析模式下，运动补偿系统控制所述傅里叶变换红外成像光谱仪的监测视场始终保持对准溢油区域，所述傅里叶变换红外成像光谱仪在小范围内采集高精度的光谱信息；根据该高精度的光谱信息进行溢油的种类识别。本专利技术所述的机载高光谱红外溢油监测方法中，判断是否存在溢油区域的具体步骤为：计算各个波段图像相互之间的相关系数，若相关系数低于设定的预制值T1的连续波段图像，则认定为噪声图像并剔除；剔除后，再对相关系数进行排名，相关系数最低的N1个非连续波段图像被提取出来，N1为自然数；采用高光谱目标提取算法对提取出来的N1个波段图像进行溢油区域探测，当N1个波段图像中某个像素点的波段特征符合溢油的辐射特征时，则认为该像素点对应的区域为溢油区域，遍历整个图像区域以实现溢油区域的提取。本专利技术所述的机载高光谱红外溢油监测方法中，N1取值为3～10。本专利技术所述的机载高光谱红外溢油监测方法中，根据该高精度的光谱信息进行溢油种类识别具体包括以下步骤：采用三维非局部核回归滤波技术对采集到的图像数据立方进行预处理，降低图像噪声和光谱噪声，滤波的公式如下： x ^ λ ( i ) = Σ γ ∈ [ 1 , 2 , ... M ] Σ j ∈ N ( i ) w λ γ i j N y γ , j Σ λ ∈ [ 1 , 2 , ... M ] Σ j ∈ N ( i ) w λ γ i j N ]]>式中，i表示高光谱图像像素的坐标(X,Y,)，其中，X和Y分别表示空域的横坐标和纵坐标，λ和γ表示光谱维坐标，M表示总的波段数量，N(i)表示与像素yλi相似的所有像素的集合，表示i的灰度值，权重系数反应了yλi和yγj之间的相似程度，其可以由下式计算得出： w i j = exp 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载高光谱红外溢油监测方法，其特征在于，包括以下步骤：在发现溢油区域之前，进入搜索模式，在该搜索模式下，空间分辨率和光谱分辨率可调的傅里叶变换红外成像光谱仪快速采集海面溢油的高光谱图像；运动补偿系统对采集的高光谱图像进行图像拼接融合，获得大范围的海面溢油高光谱图像，并通过计算飞机的姿态、运动状况和位置信息来补偿飞机平台运动所带来的视场变化；根据该大范围的海面溢油高光谱图像判断是否存在溢油区域，若是，则切换为分析模式；在该分析模式下，运动补偿系统控制所述傅里叶变换红外成像光谱仪的监测视场始终保持对准溢油区域，所述红外成像光谱仪在小范围内采集高精度的光谱信息；根据该高精度的光谱信息进行溢油的种类识别。

【技术特征摘要】
1.一种机载高光谱红外溢油监测方法，其特征在于，包括以下步骤：在发现溢油区域之前，进入搜索模式，在该搜索模式下，空间分辨率和光谱分辨率可调的傅里叶变换红外成像光谱仪快速采集海面溢油的高光谱图像；运动补偿系统对采集的高光谱图像进行图像拼接融合，获得大范围的海面溢油高光谱图像，并通过计算飞机的姿态、运动状况和位置信息来补偿飞机平台运动所带来的视场变化；根据该大范围的海面溢油高光谱图像判断是否存在溢油区域，若是，则切换为分析模式；在该分析模式下，运动补偿系统控制所述傅里叶变换红外成像光谱仪的监测视场始终保持对准溢油区域，所述红外成像光谱仪在小范围内采集高精度的光谱信息；根据该高精度的光谱信息进行溢油的种类识别。2.根据权利要求1所述的机载高光谱红外溢油监测方法，其特征在于，判断是否存在溢油区域的具体步骤为：计算各个波段图像相互之间的相关系数，若相关系数低于设定的预制值T1的连续波段图像，则认定为噪声图像并剔除；剔除后，再对相关系数进行排名，相关系数最低的N1个非连续波段图像被提取出来，N1为自然数；采用高光谱目标提取算法对提取出来的N1个波段图像进行溢油区域探测，当N1个波段图像中某个像素点的波段特征符合溢油的辐射特征时，则认为该像素点对应的区域为溢油区域，遍历整个图像区域以实现溢油区域的提取。3.根据权利要求1所述的机载高光谱红外溢油监测方法，其特征在于，N1取值为3～10。4.根据权利要求1所述的机载高光谱红外溢油监测方法，其特征在于，根据该高精度的光谱信息进行溢油种类识别具体包括以下步骤：采用三维非局部核回归滤波技术对采集到的图像数据立方进行预处理，降低图像噪声和光谱噪声，滤波的公式如下： x ^ λ ( i ) = Σ γ ∈ [ 1 , 2 , ... M ] Σ j ∈ N ( i ) w λ γ i j N y γ , j Σ λ ∈ [ 1 , 2 , ... M ] Σ j ∈ N ( i ) w λ γ i j N ]]>式中，i表示高光谱图像像素的坐标(X,Y,)，其中，X和Y分别表示空域的横坐标和纵坐标，λ和γ表示光谱维坐标，M表示总的波段数量，N(i)表示与像素yλi相似的所有像素的集合，表示i的灰度值，权重系数wλγijN反应了yλi和yγj之间的相似程度，其可以由下式计算得出： w i j = exp ( - ( i - j ) ζ j ( i - j ) 2 || P ( y λ i ) - P ( y ...

【专利技术属性】
技术研发人员：余徽，岳松，赵坤，张智杰，孙钢波，雷波，
申请(专利权)人：湖北久之洋红外系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42