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。      

一种面向机载SAR图像的目标检测算法

无人机合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像在目标检测过程中存在噪点丰富、成像相对模糊等特点,容易造成目标初检测虚警较多。特征提取和虚警去除是实现SAR图像目标准确检测的重要途径。针对目标特征提取及虚警去除,提出了一种面向机载SAR图像的目标检测算法。该算法首先进行目标初检测,再基于特征,使用球面构造神经网络模型去除虚警,实现目标的精确检测。最后,基于实拍遥感SAR影像验证了算法的有效性。     

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。      

机载SAR图像解译系统设计研究

针对机载SAR系统应用的海量SAR图像数据的存储管理、态势显示和快速解译等需求,本文提出了一种基于客户端/服务器端（C/S）架构的机载SAR图像解译系统的解决方案。本文介绍了该方案的系统软件架构和硬件架构,重点阐述多源异构海量数据管理、基于OSGEarth的地图和图像叠加显示、基于金字塔的大图像显示、基于深度学习的目标自动检测等关键技术;描述了数据管理、SAR图像显示和SAR图像目标检测识别等功能,其中海量数据的有序管理和查询功能,有效解决海量数据存储管理问题;SAR图像数据的地图叠加显示功能,为图像解译奠定基础;基于深度学习的智能检测识别等功能,满足SAR图像实时快速解译需求。     

精确计算SAR图像质量指标的递推方法

评估合成孔径雷达(SAR)系统性能和SAR干扰系统干扰效果已成为SAR领域里重要的课题。针对理想点目标冲击响应图像的一般特点以及指标检测方法,提出了一种有效的递推方法。利用此方法可精确确定出点目标冲击响应图像第一零点位置,从而使理想状态下SAR图像质量指标计算更加准确快速,为SAR干扰效果评估方法研究提供了很大方便。     

一种SAR图像的自动匹配算法及实现

合成孔径雷达(SAR)图像的匹配处理是SAR图像后处理及应用的重要环节。该文提出了一种基于图像特征的快速匹配实现方法。针对两幅SAR图像,该方法进行边缘检测和区域轮廓提取以及区域特征描述,最后实现图像的自动匹配。利用真实SAR图像进行了试验,获得很好的试验结果。     

一种针对多通道GMTI的SAR复图像精确配准方法

提出了一种针对多通道GMTI的SAR复图像精确配准算法。首先,系统分析了配准误差对干涉相位的影响,推导出了对应配准误差的干涉相位Cramer-Rao界,并利用Monte Carlo仿真数据对配准误差的影响进行了量化。在此基础上,通过对待配准图像进行二维精确插值处理,生成模板图像库和相应的相关系数库,以适合多通道GMTI的复图像的相位相关为准则,找出模板图像库和相关系数库中与参考图像具有最大相位相关值的图像作为配准图像,从而实现多通道SAR复图像之间的精确配准。对基于所提算法的实测三通道SAR复图像进行慢动目标检测实验,结果表明所提算法能够提供多通道GMTI所需要的配准精度,证明了该算法的有效性和实用性。      

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。      

基于图注意力网络的半监督SAR舰船目标检测

基于深度学习的合成孔径雷达(SAR)舰船目标检测近年得到了快速发展。然而,传统有监督学习需要大量的标记样本来训练网络。针对此问题,该文提出一种基于图注意力网络(GAT)的半监督SAR舰船目标检测方法。首先,设计了对称卷积神经网络用于海陆分割。随后,完成超像素分割并将超像素块建模为GAT的节点,利用感兴趣区域池化层提取节点的多尺度特征。GAT采用注意力机制自适应地汇聚邻接节点特征实现对无标记节点的分类。最后,将预测为舰船目标的超像素块定位到SAR图像中并获得精细检测结果。在实测高分辨SAR图像数据集上验证了所提方法。结果表明该方法可以在少量标记样本下,以低虚警率实现对舰船目标的可靠检测。     

SAR图像舰船目标检测的Gamma流形方法

目前基于统计特征的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像目标检测方法,易受成像条件稳定性的影响而误差较大。针对这一问题,本文提出了一种基于Gamma流形的SAR图像舰船目标检测算法。通过Gamma分布族构建SAR图像二维统计流形,构造黎曼度量,借助切向量长度实现对SAR图像的显著性表示。最后利用分类算法,实现SAR图像舰船目标的检测过程。实验结果表明,该方法不仅能有效地检测出SAR图像感兴趣目标区域,而且对海杂波具有较好的鲁棒性。     

基于级联网络的复杂大场景SAR图像舰船目标快速检测

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像舰船目标检测紧贴军事和民用需求,为海洋监视提供重要信息支撑。针对复杂大场景SAR图像,本文设计了一种基于级联网络的舰船目标检测框架,该网络框架主要由D-BiSeNet海陆分割、分块区域筛选和CP-FCOS目标检测三部分组成。通过改进双边网络(D-BiSeNet)进行SAR图像海陆分割,增强了图像空间位置信息及网络边缘损失,提高了分割性能。通过海域面积比参数设定进行分块区域筛选,可以有效选择网络处理图像块,提升算法整体检测效率。CP-FCOS网络将Category-Position特征优化模块应用于传统FCOS网络,强化网络特征提取能力,同时改进目标分类和边界框回归方式,提高舰船目标定位效果。基于Sentinel-1和高分三号大场景实测数据实验表明,相比于传统CFAR、Faster-RCNN和RetinaNet方法,本文方法综合检测性能提升25.7%,3.7%和9.9%,同时检测速度提升10.0%以上。      

An Adaptive and Fast CFAR Algorithm Based on Automatic Censoring for Target Detection in High-Resolution SAR Images

An adaptive and fast constant false alarm rate (CFAR) algorithm based on automatic censoring (AC) is proposed for target detection in high-resolution synthetic aperture radar (SAR) images. First, an adaptive global threshold is selected to obtain an index matrix which labels whether each pixel of the image is a potential target pixel or not. Second, by using the index matrix, the clutter environment can be determined adaptively to prescreen the clutter pixels in the sliding window used for detecting. The $G^{0}$ distribution, which can model multilook SAR images within an extensive range of degree of homogeneity, is adopted as the statistical model of clutter in this paper. With the introduction of AC, the proposed algorithm gains good CFAR detection performance for homogeneous regions, clutter edge, and multitarget situations. Meanwhile, the corresponding fast algorithm greatly reduces the computational load. Finally, target clustering is implemented to obtain more accurate target regions. According to the theoretical performance analysis and the experiment results of typical real SAR images, the proposed algorithm is shown to be of good performance and strong practicability.      

复杂环境大场景SAR图像飞机目标快速检测

随着人工智能与合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）技术的发展,基于卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）的SAR图像自动目标识别技术取得了一定的突破.然而,由于飞机自身结构以及SAR成像机制的复杂性,在复杂环境大场景SAR图像中对飞机目标进行快速准确的检测依然存在挑战.为提升算法的检测能力,本文对现有检测算法的处理流程进行了分析与总结,并提出了一种复杂环境大场景SAR图像飞机目标快速检测算法.算法优化了整体检测流程,设计了基于灰度特征的机场区域精细化提取和基于CNN的飞机目标粗检测两大子模块,并采用了YOLOv3网络对机场区域以及飞机目标分别进行初步的提取与检测.实验结果表明,本文算法对复杂环境大场景SAR图像中的飞机目标具有高效的检测能力.     

Adaptive ship detection in SAR images using variance WIE-based method

Automatic detection of ship targets from synthetic aperture radar (SAR) images is an important and challenging problem. Given the different nature of target returns in homogeneous and heterogeneous regions in SAR imagery, conventional detection algorithms fail to yield automatic and robust results. In support of automatic vessel monitoring, an adaptive detection framework designed for detecting ships from SAR imagery is proposed in this paper, and the variance weighted information entropy is introduced into the framework construction. Experimental results indicate that the proposed method can effectively detect the ship targets from various circumstances without any prior knowledge.     

基于物联网的单片机创新实验系统设计

传统单片机实验存在只能在固定地点通过硬件电路板看到实验效果,不可复现分析实验数据等问题。针对这些问题,文中设计了一套基于物联网的单片机创新实验系统。该系统包含物联网实验平台、实验服务器和实验板3部分。物联网实验平台采用STM32F205芯片实现对实验板数据的处理和显示,利用NB-IoT技术实现数据上传。实验服务器基于B/S架构并搭建于阿里云之上,实现实验数据转发处理和再现。实验板采用MSP430G2553芯片及传感器芯片实现数据采集和通讯。系统通过设计各个部分的功能处理、通信协议及界面来实现数据远程显示,使学生可以随时分析历史数据,更好地发现实验中出现的问题,教师也能更方便地进行指导。     

结合场景分类的近岸区域SAR舰船目标快速检测方法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像场景通常较大,深层卷积网络用于SAR舰船目标检测时通常需要密集滑窗提取子图像预处理,然后利用目标检测网络直接对子图像进行目标检测,该过程存在大量信息冗余,极大影响了目标检测效率的提升。在近岸区域下陆地场景偏多且场景复杂,针对以上问题,本文提出了一种结合场景分类的近岸区域SAR舰船快速目标检测方法（SC-SSD）,该方法主要包含两个阶段:场景分类阶段和目标检测阶段。它们分别是由场景分类网络(Convolutional Neural Network for Scene Classification, SC-CNN)和目标检测网络(Single Shot Detector, SSD)构成。其中SC-CNN可以快速粗略筛选出可能包含舰船的子图像,然后将筛选出的子图像输入到SSD网络中实现精细化的舰船目标检测。基于高分辨率SAR舰船检测数据集AIR-SARShip-1.0的实验结果表明,提出方法相比于传统舰船检测方法,在保持较高的检测精度的同时,具有明显更快的检测速度。      

基于边缘特征的SAR图像目标检测方法

如何快速而准确地检测出SAR图像中的目标是一个极富挑战性的课题.利用图像边缘特征和模糊集理论设计了一种快速有效的SAR图像目标检测算法.该算法先利用模糊软阈值小波降噪方法去除相干斑噪声,然后用模糊边缘检测器检测出降噪图像的边缘,最后利用形态学操作算子提取出边缘图中的目标区域.与基于亮度特征以及基于纹理特征的检测算法相比,提出的检测算法能够快速、准确地检测出目标,而且产生的虚警数量较少.SAR实测数据的实验结果表明,提出的算法是有效的且具有很好的应用前景.