基于Google Earth Engine的海量舰船目标SAR图像处理应用研究

传统基于单机的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像舰船目标检测需要在本地计算机上进行数据下载、处理和分析,这极大受限于本地计算机的性能,只能对少量SAR图像进行检测。本文利用Google Earth Engine(GEE)遥感云计算平台的海量数据存储和强大运算能力,通过在云端部署SAR卫星数据、模型算法和计算机算力,在GEE平台上进行了大范围海域的海量舰船目标SAR图像处理应用研究,实现了舰船目标检测同时还可以获取舰船目标信息、统计舰船目标数量、批量下载目标检测结果图像等。通过在Sentinel-1 SAR数据上进行相关实验,结果表明本文研究可在线对海量SAR数据进行实时、高效、快速地处理,对海上舰船监视具有较高的实际应用价值。      

一种改进的高分辨率SAR图像超像素CFAR舰船检测算法

合成孔径雷达(SAR)图像舰船目标检测一直受到学者广泛关注,恒虚警率(CFAR)检测算法作为雷达图像经典目标检测算法被广泛应用于SAR图像舰船目标检测中。然而经典CFAR检测性能容易受到相干斑噪声影响,基于滑窗的检测结果对滑窗的尺寸选择非常敏感,难以保证杂波背景中不存在目标像素,并且计算效率较低。针对上述问题,该文提出了一种新的基于超像素无窗快速CFAR的SAR图像舰船目标检测算法。首先,利用基于密度的快速噪声空间聚类(DBSCAN)超像素生成方法生成SAR图像的超像素。在SAR数据服从混合瑞利分布的假设下,定义了超像素相异度。然后利用超像素精确估计每个像素的杂波参数,即使在多目标情况下,也可以克服传统CFAR滑动窗口的缺点。此外,基于SAR图像变异系数,提出了一种基于变异系数的局部超像素对比度来优化CFAR检测,以此消除大量杂波虚警,如陆地区域人造目标。对5幅SAR图像的实验结果表明,与其他方法相比,该文方法对不同场景SAR图像海面舰船目标检测都十分稳健。      

基于嵌入式GPU的SAR实时舰船检测算法CUDA设计

为了实现对合成孔径雷达(SAR)图像中舰船目标的实时检测,本文以双参数恒虚警(CFAR)算法为例,提出一种基于ARM+GPU架构的SAR图像舰船目标检测算法的实现方案.该方案在NVIDIA Jetson TK1开发板上的测试结果表明,与传统基于CPU的SAR图像舰船检测算法相比,该方案能够达到数百倍的速度提升,有效解决了利用CPU平台进行舰船目标检测耗时长、效率低的问题.Jetson TK1作为嵌入式处理平台,相对于工作站或服务器,在功耗和便携性方面都具有明显的优势.     

一种SAR图像舰船目标快速检测方法

基于SAR图像的舰船目标自动检测是海洋监视应用的重要方面,但随着SAR成像能力和图像分辨率的提高,传统的CFAR检测方法已不能满足舰船目标自动检测的要求。针对中高分辨率SAR图像中舰船目标自动检测问题,提出一种基于像素筛选G0分布的SAR图像舰船目标快速检测方法,该方法首先根据像素灰度值出现频率选取阈值对杂波像素进行筛选,然后通过抽样定理对图像进行降分辨率处理,最后再在经过像素筛选的降分辨率图像中实现基于G0分布的自适应CFAR检测。NASA/JPL AIR-SAR实测数据的实验结果表明,该方法不仅能有效减少中高分辨率SAR图像舰船目标自动检测的虚警,而且能显著提高检测效率。     

基于特征转移金字塔网络的SAR图像跨尺度目标检测

SAR图像多尺度目标检测能够实现大场景SAR图像中关键目标的定位与识别,是SAR图像解译的关键技术之一。然而针对尺寸相差较大的SAR目标的同时检测,即跨尺度目标检测问题,现有目标检测方法难以实现。该文提出一种基于特征转移金字塔网络(FTPN)的SAR图像跨尺度目标检测方法。在特征提取阶段采用特征转移方法,实现各层特征图的有效连接,实现不同尺度特征图的提取;同时采用空洞卷积群方法,增大特征提取的感受野,促使网络提取到大尺度目标特征。上述环节能够有效保留不同尺寸目标特征,从而实现SAR图像中跨尺度目标的同时检测。基于高分三号SAR数据、SSDD数据集及高分辨率SAR舰船检测数据集-2.0等数据集的试验表明,该文方法能够实现SAR图像中机场、舰船等跨尺度目标的检测,在已有数据集上mAP达96.5%,较特征金字塔网络算法提升8.1%,并且整体性能优于现阶段最新的YOLOv4等目标检测算法。      

基于分块预判断的SAR图像舰船目标检测方法

由于具有恒虚警和自适应的能力,恒虚警率(CFAR)是应用最为广泛的SAR图像舰船检测算法之一,它在传统的中低分辨力图像中效果较好。但随着合成孔径雷达(SAR)幅宽与分辨力的提高,这种检测方法已不能满足舰船检测的近实时性要求。本文针对高分辨宽幅SAR图像中的舰船检测问题,提出了一种基于分块预判断的SAR图像舰船目标检测方法。该方法首先对SAR图像进行分块,然后利用一个预先训练的支持向量机(SVM)分类器对所有分块进行可能性判断,最后只对判断为存在目标的分块进行能量比检测。基于实测数据的实验表明,本文方法较以往算法在取得较好检测效果的同时,检测效率也有较大提升。     

SAR图像港口区域舰船检测新方法

SAR图像港口内舰船检测是SAR图像海洋应用研究的重要方面。快速、准确地检测港口内舰船将大大提高SAR图像的自动解译能力。该文通过分析港口内舰船停靠特点,提出了一种新的SAR图像港口内舰船检测方法。首先基于港口岸线获取港口沿岸区域SAR图像,然后详细分析了港口沿岸区域SAR图像的杂波统计特性,进而采用基于G0分布的CFAR(Constant False Alarm Rate)检测算法完成了港口内舰船检测。实验结果表明,新方法能有效地将不同形状的港口区域的舰船与绝大部分陆地分开,具有港口内舰船检测率高、虚警率低等特点。     

基于灰度相关性的SAR图像联合CFAR舰船检测算法

分析了中高分辨率SAR海洋图像的目标和海杂波特点,利用了SAR海洋图像中舰船目标的灰度相关性、形状特性以及舰船目标与背景杂波的信杂比特性,提出了一种基于灰度相关性的联合CFAR舰船检测算法。算法综合利用了舰船目标内部相邻像素间的灰度强相关性和舰船目标和海杂波的信杂比,建立了海杂波区域内相邻像素间灰度值的二维对数正态分布来实现联合CFAR检测。该算法能够改善斑点噪声和背景局部不均匀对检测带来的虚警,检测效果相比于传统检测算法更加优越。     

一种结合空间信息的星载SAR图像舰船目标检测算法

针对常规恒虚警率(CFAR)方法对低信杂比合成孔径雷达(SAR)图像舰船目标检测效果不佳的问题,提出一种结合空间信息的星载SAR图像舰船目标检测方法。该方法通过将像素的空间信息与灰度信息相结合构造联合图像,以提高目标与背景的对比度,然后对联合图像进行CFAR检测。基于不同分辨力实测星载SAR图像舰船目标检测的实验结果表明,与直接基于CFAR的方法相比,该方法对低信杂比SAR图像具有更好的检测性能。     

基于混合Gamma建模与MRF的SAR图像分割方法

文中基于结合利用SAR图像统计信息和像素的空间约束信息的思路,提出了基于混合Gamma建模和MRF的分割方法,算法中利用混合Gamma模型对SAR图像进行统计建模,利用MRF模型对像素空间相关性进行建模。文中验证了混合Gamma模型参数估计的准确性以及自适应估计分割类别数目的有效性。最后用模拟SAR数据和实测SAR数据验证了文中所提出的分割算法的有效性。     

基于Toeplitz矩阵特征值分解的SAR图像舰船目标检测方法

合成孔径雷达（SAR）图像舰船目标检测一直是海洋监测领域的重要手段。经典的恒虚警率（CFAR）检测依赖于分布模型及多参数的准确估计,难以适应复杂多变的海面背景。新兴的信息几何舰船检测方法挖掘了目标与杂波的统计差异,实现舰船的显著性表示,但依然受限于背景杂波的精确建模。考虑到现有方法的局限性,本文提出了一种基于Toeplitz矩阵特征值分解的SAR图像舰船目标检测算法。在无需寻求背景杂波分布模型的前提下,通过构建Toeplitz矩阵,以其特征值均值为检验统计量,充分获取目标与背景杂波的差异。在高分三号卫星和TerraSAR-X卫星实测SAR图像上的实验结果证明,相比于现有的多种典型方法,本文方法取得了更优的检测性能与更快的计算速度。      

一种舰船目标SAR图像的仿真方案

对舰船目标的合成孔径雷达（SAR）图像（复值）进行再处理,可以对舰船目标进行更精细的成像及轨道计算。开发这些算法需要大量的测试图像。但是由于实验条件的限制,这些图像的数目非常有限,因而研究舰船目标的SAR图像仿真就显得十分必要。提出了对舰船目标的SAR图像进行仿真的一种方案。首先通过仿真舰船目标的SAR成像过程以得到舰船目标的SAR图像,接着根据海杂波SAR图像的统计特性对海杂波的SAR图像进行仿真,最后将两者叠加以获得海面舰船目标的SAR图像。仿真结果显示了该方案的有效性。     

基于深度学习的SAR图像舰船目标检测综述

近年来,合成孔径雷达成像技术因具备全天时和全天候的目标感测能力,在海洋实时监测和管控等领域发挥着重要作用,特别是高分率SAR图像中的舰船目标检测成为当前的研究热点之一。首先分析基于深度学习的SAR图像舰船目标检测流程,并对样本训练数据集的构建、目标特征的提取和目标框选的设计等关键步骤进行归纳总结。然后对检测流程中的各部分对SAR图像舰船目标检测精度和速度的影响进行对比分析。最后根据当前研究现状,深入分析深度学习算法在舰船检测应用中存在的问题,探讨基于深度学习的SAR图像舰船目标检测的进一步研究方向。     

基于视觉显著性的SAR遥感图像NanoDet舰船检测方法

在合成孔径雷达遥感图像中,舰船由金属材质构成,后向散射强;海面平滑,后向散射弱,因此舰船是海面背景下的视觉显著目标。然而,SAR遥感影像幅宽大、海面背景复杂,且不同舰船目标特征差异大,导致舰船快速准确检测困难。为此,该文提出一种基于视觉显著性的SAR遥感图像NanoDet舰船检测方法。该方法首先通过自动聚类算法划分图像样本为不同场景类别;其次,针对不同场景下的图像进行差异化的显著性检测;最后,使用优化后的轻量化网络模型NanoDet对加入显著性图的训练样本进行特征学习,使系统模型能够实现快速和高精确度的舰船检测效果。该方法对SAR图像应用实时性具有一定的帮助,且其轻量化模型利于未来实现硬件移植。该文利用公开数据集SSDD和AIR-SARship-2.0进行实验验证,体现了该算法的有效性。      

面向舰船目标检测的单通道复值SAR图像统计建模方法研究

合成孔径雷达(SAR)成像模式丰富、覆盖范围广、分辨率高，可以长期、动态、宏观地对海洋进行监测。在完全发展的相干斑假设条件下，传统单通道SAR图像舰船目标检测方法主要研究幅度信息。然而，其部分假设条件在高分辨率情形下并非严格成立，因此无法有效利用单通道SAR图像的相位或复值信息。该文面向舰船目标检测应用，将单通道复值SAR图像统计建模方法划分为幅度、相位和复值统计建模3个部分，首先简要综述了单通道SAR图像幅度统计建模方法，然后详细阐述了单通道SAR图像相位和复值统计建模方法，并重点介绍了其建模过程和参数估计方法。在此基础上，该文给出了作者研究小组在基于复值统计信息的单通道SAR图像舰船目标检测方面的部分最新研究结果，并分析展望了下一步研究方向。      

基于生成对抗网络和线上难例挖掘的SAR图像舰船目标检测

基于深度学习的SAR图像舰船目标检测算法对图像的数量和质量有很高的要求,而收集大体量的舰船SAR图像并制作相应的标签需要消耗大量的人力物力和财力。该文在现有SAR图像舰船目标检测数据集(SSDD)的基础上,针对目前检测算法对数据集利用不充分的问题,提出基于生成对抗网络(GAN)和线上难例挖掘(OHEM)的SAR图像舰船目标检测方法。利用空间变换网络在特征图上进行变换,生成不同尺寸和旋转角度的舰船样本的特征图,从而提高检测器对不同尺寸、旋转角度的舰船目标的适应性。利用OHEM在后向传播过程中发掘并充分利用难例样本,去掉检测算法中对样本正负比例的限制,提高对样本的利用率。通过在SSDD数据集上的实验证明以上两点改进对检测算法性能分别提升了1.3%和1.0%,二者结合提高了2.1%。以上两种方法不依赖于具体的检测算法,且只在训练时增加步骤,在测试时候不增加计算量,具有很强的通用性和实用性。     

基于调频率捷变的抗移频干扰SAR成像方法

随着合成孔径雷达(SAR)图像的分辨率提高,基于高分辨率SAR图像的舰船检测成为海洋遥感应用中的一个重要课题。针对高分辨率SAR图像,为获取精确的、完整的舰船目标信息而提出一种基于改进的相干散射点(CS)提取的舰船检测方法。该方法的核心是利用SAR图像复数据的确定目标特性,提取出CS,该方法不仅利用了图像复数据的幅度信息,同时利用了相位信息。首先对于原始高分辨率SAR图像复数据进行距离向子视处理,获取子视图像像素的相关系数;然后,由于SAR图像分辨率较高,为获取完整的舰船目标信息,引入局部图像平均相关系数处理;最后设定相关系数阈值,从海域中提取出舰船目标,完成舰船检测。仿真实验结果验证了该检测方法的有效性。     

上下文信息融合与分支交互的SAR图像舰船无锚框检测

SAR图像中舰船目标稀疏分布、锚框的设计,对现有基于锚框的SAR图像目标检测方法的精度和泛化性有较大影响,因此该文提出一种上下文信息融合与分支交互的SAR图像舰船目标无锚框检测方法,命名为CI-Net.考虑到SAR图中舰船尺度的多样性,在特征提取阶段设计上下文融合模块,以自底向上的方式融合高低层信息,结合目标上下文信息...     

轻量化SAR图像舰船目标检测算法

精准的舰船目标检测技术能够提升武器装备的全方位感知能力。针对复杂环境下SAR舰船目标检测虚警、漏警问题严重,提出一种基于YOLOv5的轻量化SAR图像舰船目标检测算法3S-YOLO。3S-YOLO首先对网络结构进行重构,调节感受野与多尺度融合关系,实现特征提取网络和特征融合网络轻量化处理;然后,对网络进行剪枝,通过基于几何中值的剪枝算法对网络进行压缩,加快推理速度;最后,使用可变焦损失函数对网络进行训练,使感知分类系数回归。结果表明,算法经过优化后,精度最高可提高至99.1%;经过剪枝后,模型体积大幅下降,可压缩至190 kiB,下降98.6%;算法推理速度提升4倍,推理时间缩短至3 ms以下。相较于当前主流算法,3S-YOLO在各方面均取得了不错的成绩,满足SAR图像实时舰船目标检测。     

基于弹跳射线法的海上目标快速成像与识别算法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)以全天候、全天时的观测能力,在军事和民用领域有着广泛的应用背景。考虑到SAR研究的成本和效率以及SAR图像在目标检测领域的应用,SAR图像的仿真技术发挥了重要优势。针对传统成像方法耗时较长的问题,本文利用基于弹跳射线法（SBR）的快速成像技术以达到快速获取大批量SAR图像的目的。为了更加精准地识别SAR图像中的目标,在Faster RCNN目标检测网络的基础上,根据真实舰船目标改变候选框的初始尺寸以及利用特征融合的方式对原算法框架加以改进。最后,在Faster RCNN框架中加入特征金字塔结构（Feature pyramid networks,FPN）,进一步提高目标识别算法对SAR图像中的舰船目标检测和识别的能力。