利用航海雷达识别海上溢油目标的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用航海雷达识别海上溢油目标的方法及系统，方法包括Ａ、将输出的图像信号从雷达投影转换成笛卡尔投影；Ｂ、图像矫正及运动补偿；Ｃ、利用Ｇａｍｍａ滤波方法对步骤Ｂ矫正后的雷达图像进行处理，保留边缘信息的同时滤除雷达图像的高频噪音；Ｄ、检测图像中强信号区，根据图像中信号强度的分布，确定饱和状态强度作为信号区的强度阈值，将超过阈值强度的信号数据直接删除；Ｅ、采用灰度共生矩阵法进行图像分割提取海面溢油目标的步骤。系统包括：雷达主控机、航海雷达控制器、接线盒、采集装置、处理装置和显示装置。本发明专利技术是利用提取海浪等杂波信息已获得小目标，通过纹理的算法进行溢油目标的识别能够较好地提取海上溢油目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用航海雷达识别海上溢油目标的方法及系统。
技术介绍
海洋溢油监测技术的研究正在引起又来越多研究人员的注意。人们正致力于寻找 到一个更加快捷准确的监测技术，以及有效的应急反应机制。以卫星与机载传感器为主要 手段的遥感监测技术已经在此领域得到广泛的应用。但是这些传统手段自身所具有的特性 使得至今还无法在不良天气环境下实现对溢油事故的连续性监测。海洋表面粗糙度取决于海面风，浪，溢油污染物甚至是海底拓扑结构。溢油会产生 比较低的雷达回波，在雷达图像上会表现为较暗的区域，这一点已经被星载和飞机搭载的 雷达所证实。公知航海雷达用于海面航行避让、测定船舶定位、狭水道引航，等“大目标”探 测，但是利用航海雷达识别海面溢油目标的系统还没有被研制。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研制一种利用提取海浪等杂波信息，配合高分辨 雷达可监测并识别8海里范围内的小目标，以获取海上溢油区域目标的系统。本专利技术采用 的技术手段如下一种利用航海雷达识别海上溢油目标的方法，其特征在于A、将输出的图像信号从雷达投影转换成笛卡尔投影；B、图像矫正及运动补偿；C、利用Gamma滤波方法对步骤B矫正后的雷达图像进行处理，保留边缘信息的同 时滤除雷达图像的高频噪音；D、检测图像中强信号区，根据图像中信号强度的分布，确定饱和状态强度作为信 号区的强度阈值，将超过阈值强度的信号数据直接删除；E、采用灰度共生矩阵法进行图像分割提取海面溢油目标，具体步骤如下(1)取样本图像经数字化处理后将图像分成大小为nXn像素的非重叠窗口，每个 小块都从4个方向(即0°，45°，90°和135° )来提取特征，利用灰度共生矩阵计算出各 个方向上最主要的特征值，然后取这4个方向的均值和方差表示该特征值，将此提取的特 征值形成一维特征向量保存到纹理特征库中作为训练样本；(2)按照步骤(1)中处理方法对待测图像进行分块划分，对各小图像块的纹理特 征值进行计算，并对其进行编号；(3)利用最小欧氏距离分类法将从未知样本中提取的特征值与纹理特征库中训练 样本的特征值进行比对，当且仅当未知样本的特征向量与训练样本的欧氏加权距离最小时 输出匹配成功的未知样本的编号，否则不输出；(4)将待测样本数据中已检测的部分作为已知数据，并入样本数据库，作为动态增 加的特征，对于其他剩余的图像块利用上述类似方法进行模式匹配，重复步骤(2)和步骤4(3)，直至每个待检测数据完成检测输出；(5)以上步骤全部运行完毕后，将得出相似纹理区域的小块具有相同编号，这样就 实现了纹理分类，然后根据编号的不同实施区域整合划分，即在平铺的nXn雷达图像中， 将每一小块的编号标出，提取与溢油样本编号相同的部分识别为溢油目标。所述步骤A具体操作方法为先将输出的原始雷达图像每个像素点坐标转换为直 角坐标，再对变换后的图像进行逐行扫描，利用三次卷积插值对缺少像素的位置进行插值 补全像素点。一种根据上利用航海雷达识别海上溢油目标的方法所述方法进行海上溢油目标 识别的系统，其特征在于包括雷达主控机、航海雷达控制器、接线盒、采集装置、处理装置 和显示装置；所述雷达主控机，用于显示雷达图像，控制雷达工作的终端设备；所述航海雷达发射X波段信号并接收回波信号，用于探测海面油膜；所述接线盒，包括电源线、数据线，用于将至少一类模拟信号传入采集装置；所述控制器连接航海雷达和雷达主控机，将航海雷达接收的模拟信号，一部分通 过内部A/D模块转换为数字信号传输至雷达主控机，另一部分包持原有信号特征，通过接 线盒传入采集装置；所述采集装置，连接于接线盒，内置A/D转换器、存储器，用于将至少一类模拟信 号转换为数字信号传入采集装置存储；所述处理装置，连接于采集装置，用于分别处理海浪信息和雷达溢油图像信息，包 括信号分离器和信号处理单元所述信号分离器，用于将采集的海浪信息和雷达溢油图像信息分离；所述信号处理单元对分离出的雷达溢油图像信号转换为便于处理的格式，并根据 上述利用航海雷达识别海上溢油目标的方法对进行处理提取溢油信息，并通过显示装置进 行显不；显示装置，用于显示输出提取的溢油图像。本专利技术同现有技术相比其优点是显而易见的，首先公知航海雷达用于海面航行避 让、测定船舶定位、狭水道引航，等“大目标”探测，本专利技术是利用提取海浪等杂波信息，这些 是公知船用雷达所摒弃的部分，配合高分辨雷达可监测并识别8海里范围内的小目标，尤 其是对海上溢油目标的识别具有很好的效果。另外，采用基于纹理的算法进行溢油目标的 识别，计算量小，简单，能够较好地提取海上溢油目标。附图说明图1为本专利技术所述系统的结构示意图；图2为本专利技术所述方法的流程图；图3为本专利技术实施例的实施效果图。具体实施例方式公知航海雷达用于海面航行避让、测定船舶定位、狭水道引航，等“大目标”探测， 本专利技术利用提取海浪等杂波信息，这些是公知船用雷达所摒弃的部分，配合高分辨雷达可监测并识别8海里范围内的小目标，尤其是对海上溢油目标的识别有很好的效果。采用基 于纹理的算法进行溢油目标的识别，计算量小，简单，能够较好地提取海上溢油目标。如图2所示该利用航海雷达识别海上溢油目标的方法，具体包括如下步骤A、将输出的图像信号从雷达投影转换成笛卡尔投影；由于从雷达获取的原始数据 为极坐标的雷达回波强度图像，因此在实际的处理过程中还需要将图像转换为便于程序的 处理的笛卡尔坐标系下的图像，具体方法是先将输出的原始雷达图像每个像素点坐标转换 为直角坐标，再对变换后的图像进行逐行扫描，利用三次卷积插值对缺少像素的位置进行 插值补全像素点。B、图像矫正及运动补偿；获取雷达图像数据的平台为运动的船只，处理过程需要 连续的多幅图像，因此需要根据船舶平台运动的情况对图像进行运动补偿，矫正图像，本发 明采用基于回波数据的方法对雷达图像进行运动补偿。C、利用Gamma滤波方法对步骤B矫正后的雷达图像进行处理，可以在最大程度上 保留边缘信息的同时滤除雷达图像的高频噪音(滤波窗口规格根据小目标的大小可以选 择3x3到Ilxll像素)。D、检测图像中强信号区，根据图像中信号强度的分布，确定饱和状态强度作为信 号区的强度阈值，将超过阈值强度的信号数据直接删除；本研究只关注于海表面的微小变 化，因此强反射信号对于我们来说都是必须排除在处理程序外的这些信号包括雷达所在平 台的遮挡，如船舶的桅杆、烟囱，平台周围的船只，陆地目标等无关目标检测也就是检测图 像中强信号区。E、采用灰度共生矩阵法进行图像分割提取海面溢油目标，由于溢油会对海浪形态 造成变化，因此对图像纹理分析也就成了检测鉴别溢油区域的首选方法。在图像纹理分析 中，常用的纹理特征主要有Tamura纹理特征、自回归纹理模型、方向性特征、小波变换和共 生矩阵等形式。这些纹理分析方法的共同点是提取了那些在特定纹理描述中最重要的特 征，突出纹理的不同方面。其中的灰度共生矩阵已知被理论证明并且实验显示它在纹理分 析中是一个很好的方法，广泛用于将灰度值转化为纹理信息。一幅图像的灰度共生矩阵能反映出图像灰度关于方向、相邻间隔、变化幅度的综 合信息，它是分析图像的局部模式和它们排列规则的基础。设f(x，y)为一幅二维数字 图象，其大小为MXN，灰度级别为Ng，则满足一定空间关系的灰本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用航海雷达识别海上溢油目标的方法，其特征在于Ａ、将输出的图像信号从雷达投影转换成笛卡尔投影；Ｂ、图像矫正及运动补偿；Ｃ、利用Ｇａｍｍａ滤波方法对步骤Ｂ矫正后的雷达图像进行处理，保留边缘信息的同时滤除雷达图像的高频噪音；Ｄ、检测图像中强信号区，根据图像中信号强度的分布，确定饱和状态强度作为信号区的强度阈值，将超过阈值强度的信号数据直接删除；Ｅ、采用灰度共生矩阵法进行图像分割提取海面溢油目标，具体步骤如下：（１）取样本图像经数字化处理后将图像分成大小为ｎ×ｎ像素的非重叠窗口，每个小块都从４个方向（即０°，４５°，９０°和１３５°）来提取特征，利用灰度共生矩阵计算出各个方向上最主要的特征值，然后取这４个方向的均值和方差表示该特征值，将此提取的特征值形成一维特征向量保存到纹理特征库中作为训练样本；（２）按照步骤（１）中处理方法对待测图像进行分块划分，对各小图像块的纹理特征值进行计算，并对其进行编号；（３）利用最小欧氏距离分类法将从未知样本中提取的特征值与纹理特征库中训练样本的特征值进行比对，当且仅当未知样本的特征向量与训练样本的欧氏加权距离最小时输出匹配成功的未知样本的编号，否则不输出；（４）将待测样本数据中已检测的部分作为已知数据，并入样本数据库，作为动态增加的特征，对于其他剩余的图像块利用上述类似方法进行模式匹配，重复步骤（２）和步骤（３），直至每个待检测数据完成检测输出；（５）以上步骤全部运行完毕后，将得出相似纹理区域的小块具有相同编号，这样就实现了纹理分类，然后根据编号的不同实施区域整合划分，即在平铺的ｎ×ｎ雷达图像中，将每一小块的编号标出，提取与溢油样本编号相同的部分识别为溢油目标。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，于水明，陈澎，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]