基于机载SAR图像的海面船只实时检测分类应用架构

合成孔径雷达(SAR)被广泛应用于军事侦察、海洋监测、灾害应急评估等各类应用中。其中,SAR海面船只检测分类是SAR海洋应用的重要一环。限于SAR特殊的成像机理,SAR图像中的目标特征多变,导致基于SAR图像的目标分类应用进展缓慢。机载SAR因其实时、便捷的部署和使用方式得到了快速发展,基于机载SAR图像的海面船只检测分类,特别是实时检测分类应用近年来需求强烈。为此,针对SAR海面船只实时检测分类应用问题,探讨和构建了一种基于机载SAR图像的海面船只实时检测分类系统构架,论述了系统构架在工程应用中的关键流程、方法并进行了初步试验验证,结合当前人工智能技术的发展趋势,对其日后的发展趋势进行了展望。     

极化SAR海面船只检测技术的研究进展

极化SAR技术是近年SAR领域的研究热点。首先介绍了不同极化方式对船只、海洋杂波以及船只尾迹在SAR图像上的成像影响,详细概括和总结了目前应用于海洋船只监测的各种极化SAR技术特点,最后分析了极化SAR海洋船只监测技术的应用前景。
     

SAR图像中船只Kelvin尾迹的计算机识别研究

航行的船只产生的尾迹，在适当的条件下可以被SAR成像。而船只的尾迹中包含有如船只的行速、航向甚至属性信息，通过对它的研究可以对水面船只进行监视以及对水上交通进行管理。文中介绍了一种基于局域Radon变换的计算机识别方法。试验表明该方法可以很好地从SAR图像中检测出船只尾迹，其效果优于基于简单Radon变换的方法。     

基于空间信息的SAR图像船只交通监测方法

快速准确获得研究区海上船只状态,对海洋交通监测具有重要意义。本文从技术角度提出了基于空间信息的SAR图像海上船只交通监测方法。首先利用已有的空间先验信息对图像进行自动陆地掩膜;建立海面杂波分布模型,对海面船只进行检测;估算船只的长度、面积、中心坐标等参数信息,并对目标进行筛选;最后根据船只信息库结合空间信息平台进行统计与分析,可为海上船只监测以及交通规划等应用提供决策信息。重点介绍了数据处理方法,并以9景ERS2数据进行了实验和详细分析,通过实验,分析了技术的可行性与正确性。     

SAR图像海洋表面油膜检测方法

海洋表面油膜对海洋环境影响极大,因此,及时获取海面油膜信息对保护海洋具有重要意义。目前各国采用的油膜检测方法主要有直接探测法和遥感方法。其中,遥感方法中的合成孔径雷达(SAR)是目前研究的热点。总结了SAR图像应用于海面油膜检测的主要特点,介绍并分析比较了SAR图像油膜检测的一般步骤及其实现方法。最后提出了SAR图像海洋表面油膜检测的发展方向。     

SAR图像海洋表面油膜检测方法

海洋表面油膜对海洋环境影响极大,因此,及时获取海面油膜信息对保护海洋具有重要意义。目前各国采用的油膜检测方法主要有直接探测法和遥感方法。其中,遥感方法中的合成孔径雷达(SAR)是目前研究的热点。总结了SAR图像应用于海面油膜检测的主要特点,介绍并分析比较了SAR图像油膜检测的一般步骤及其实现方法。最后提出了SAR图像海洋表面油膜检测的发展方向。     

SAR探测水下运动物体波浪尾迹的模拟研究

水下运动物体可以在海面产生波浪,这种波浪与海洋表面波相互作用改变了海浪谱的高低频分布而形成波浪尾迹。将这样的波-波相互作用处理为对背景海浪谱的扰动,利用海面微波散射的二尺度模型,分析波浪尾迹对雷达散射系数的影响,并给出相应的数值计算模型;对水下不同运动状态物体的波浪用汇源分布法计算出波面函数,将它们分别与一些特定海况的海浪波面函数叠加,并对之进行微波后向散射测量仿真计算,给出波浪尾迹的SAR(Synthetic Aperture Radar、合成孔径雷达)探测图像;再利用二维谱分析技术对模拟SAR图像进行处理,提取波浪尾迹信息。初步结果表明,SAR探测下运动物体是可行的。
     

海洋背景下开尔文尾迹仿真与分析

当舰船在海面航行时,其后面会形成明显的尾迹,开尔文尾迹是其中一种主要的特征尾迹.在复杂的海洋背景环境下检测开尔文尾迹是遥感探测的重要内容.文中对海面仿真模型和开尔文尾迹模型进行了研究,并结合这两种模型对海洋背景下的开尔文尾迹进行了仿真,给出了不同海面状态、不同航速条件下的尾迹仿真结果,并对开尔文尾迹特征进行了分析.该方法基础上的仿真分析有助于进一步的对舰船特征参数的测量和提取.     

长度归一化扫描的合成孔径雷达图像船舶尾迹恒虚警率检测算法

船舶尾迹检测作为近年来SAR图像海洋应用的一个重要方面而受到关注。本文提出了一种基于归一化扫描的SAR图像船舶尾迹检测算法。由于船舶的距离向运动分量会导致船舶在SAR图像上存在方位向偏移,因此算法首先在船舶的方位向一定距离内逐点进行360度归一化扫描得到扫描域,然后在扫描域内以概率模型进行统计建模实现了CFAR检测,进而对检测结果进行形态学处理,最后对扫描域进行K-均值聚类。反演扫描域聚类后的类心得到带端点目标尾迹及方位偏移量,同时自动提取出船舶的航速。利用COSMO-SkyMed数据对本文所提出的方法进行实验验证,实验结果表明本文的算法可以快速有效地进行尾迹检测和船舶速度反演。     

星载SAR船舶及尾迹探测技术研究

星载合成孔径雷达(SAR)对船舶探测作为一种受到普遍关注的获取船舶信息的有效手段,较之其它探测方法有着独特的优点。根据近年来星载SAR领域所取得的成果,对其探测船舶及其尾迹技术进行研究,以期获得较好检测船只及其尾迹的方法。     

基于形态字典学习的复杂背景SAR图像舰船尾迹检测

SAR图像舰船尾迹检测不仅可用于反演运动舰船的航速航向信息,也有助于发现弱小舰船目标.然而现有舰船尾迹检测方法一般仅适用于简单海况背景下的SAR图像,复杂海况背景下的检测效果难以满足应用需求.本文提出一种基于形态成分分析与多字典学习的复杂背景舰船尾迹检测方法.该方法针对海况背景的复杂多变性以及舰船尾迹类型的有限性,通过离线学习方式构建海面纹理字典,通过解析方式构建尾迹结构字典并迭代更新,将图像分解为包含舰船尾迹的结构成分与包含海面背景的纹理成分,利用剪切波变换对结构成分高频系数重构以增强结构成分,并通过Radon变换对增强后的结构成分进行尾迹线检测.实验结果表明,本文所提方法对于复杂背景SAR图像舰船尾迹检测的效果明显优于现有方法.     

A new method for extracting ship motion parameters in Radarsat-2 SAR imagery

Traditionally, moving ship detection by Synthetic Aperture Radar (SAR) image is primarily based on the ship wake feature. However, many ship wakes cannot be imaged by SAR owing to changes in imaging conditions, such as the SAR band, polarisation, incident angle, and sea state. In this study, we discovered a unique phenomenon called ‘azimuth tail’ from Radarsat-2 SAR images. Following research and analysis, we determined that the azimuth tail is not manifested as a visible disturbance on sea surface waves. Instead, it is an observation enabled by certain SAR imaging principles. Consequently, we propose a new method for extracting information on moving vessels after a preliminary analysis of the principle of the azimuth tail. The results of experimental analysis of the correctness of the method indicate that the error of the vessel’s velocity from its azimuth tail is less than 20%, and the azimuth tail can be applied to the detection of moving vessels in oceans using Radarsat-2 SAR imagery.     

基于归一化灰度Hough变换的SAR图像舰船尾迹检测算法

舰船尾迹检测作为近年来SAR图像海洋应用的一个重要方面而受到关注。目前大多数研究都是利用Radon变换作为数学工具，结果得到增强的是尾迹特征，而不是尾迹的端点。从提取尾迹的端点坐标出发，在传统Hough变换算法基础上进行改进，提出了基于归一化灰度Hough变换的SAR图像舰船尾迹检测算法，并推导出尾迹端点反演算法，同时自动提取舰船的航速，取得了较好的实验结果。     

应用Radon变换方法检测窄V形船舶航迹

ＳＡＲ航天遥感图像中的舰船航迹影象包含有舰船的进行速度、行进行方向、船体长度等重要信息,而充分开发利用与运动舰船航迹相关的信息资源,能够加强对上舰船航行的监测能力。通过对舰船航迹在卫星遥感ＳＡＲ图象中不同模式及Ｒａｄｏｎ变换原理和特性的分析,提出了应用Ｒａｄｏｎ变换对ＳＡＲ图象中的窄Ｖ形舰船航迹进行了检测的方法,通过实例测试,效果比较理想。     

长度归一化扫描的合成孔径雷达图像船舶尾迹恒虚警率检测

提出一种基于长度归一化扫描的合成孔径雷达(SAR)图像船舶尾迹检测算法.存在距离向运动分量的船舶在SAR图像上会发生方位向偏移,那么尾迹的起点必在方位向上这一偏移量范围内.根据这一物理事实,将尾迹检测的搜索范围限定在可能为尾迹的线段上,从而提高了检测效率.算法通过利用线性积分和长度归一化这两个方法将矩形滑动窗口下的线性特征检测转化为了点特征检测,并通过经典的虚警率(CFAR)检测理论实现检测结果的输出.利用COSMO-SkyMed数据对该算法进行了实验验证,实验结果表明,该算法在尾迹检测上具有检测能力强、速度快的优点,船舶速度反演具有较高精度.     

星载SAR舰船检测技术及其在海洋渔业监测中的应用

近年来,利用星载SAR数据对海洋舰船目标进行检测与监视的技术在很多领域得到了广泛的应用。海洋渔业资源保护和渔船监测就是其中的一个重要应用。目前为保护海洋渔业资源,促进其可持续利用,我国也正在进行利用星载SAR对渔船进行监测和管理的研究工作。对国内外公开发表的文献中关于星载SAR舰船检测方面的研究成果进行了总结,回顾并分析了舰船和舰船尾迹检测的常用方法,并说明了星载SAR舰船检测的一般流程。最后对国外利用星载SAR进行海洋渔业检测和资源保护方面的成功案例进行了介绍。希望能够从中得到有益的经验和启发,对我国在利用星载SAR进行海洋渔船监测和海洋渔业资源保护方面的研究和应用有所帮助。     

Simulation of ship wakes image by an along-track interferometric SAR

A mathematical model that allows simulations of the image of waves in ship wakes by either regular or interferometric airborne Synthetic Aperture Radar (SAR or INSAR) is described. The three-component velocity field induced at the ocean surface by a moving ship serves as the input to the model. The simulations take into account the effect of temporal variations of the wave field in the wake on the INSAR imaging by the velocity bunching mechanism. The model also accounts for the scanning distortion of the image. The developed algorithm allows study of the visibility of the ship wave wake by a regular SAR or by INSAR for arbitrary imaging parameters, as well as for different ship sizes and ship velocity vectors relative to the platform flight track. Various patterns of ship wake images obtained by numerical simulations are presented.     

Ship wakes in radar imagery

In 1989 an experiment in Loch Linnhe, Scotland, was conducted to improve the understanding of radar images of internal-wave wakes generated by ships. During the experiment a multi-frequency synthetic-aperture radar (SAR) image containing several bright narrow V-shaped wakes was obtained during a period of low wind speed. One of the wakes imaged is caused by internal waves generated by a ship that was participating in the experiment. Three other wakes were also imaged which were generated by fishing vessels. The wakes of the fishing vessels are different in appearance to the internal-wave wake generated by the experiment ship. Given that the displacement of the fishing vessels is about four orders of magnitude less than the experiment ship it is unlikely that they could produce internal waves that could be detected by the radar. The fishing vessel wakes observed at two different radar frequencies can, however, be explained by the mechanism proposed by Munk et al. in 1987.     

基于局域Radon变换的尾迹提取算法

提出一种基于局域Radon变化的SAR图像尾迹提取算法,该算法首先利用滑窗对图像进行标准差归一化处理,以突出图像中灰度与海面背景有明显差别的区域;选出突出的像素点,并根据策略将其灰度值用某些常数代替;接着在局域Radon变换中,积分值对应于这些区域线性特征的长度,通过设定阈值去除线性区域较短的非尾迹区域产生的虚警,用形态学的膨胀算法将结果中靠的很近的两条亮线合成一条,再用合理的腐蚀处理,剔除噪声信号。实测数据处理结果表明,该算法能准确提取舰船尾迹,降低虚警,能确定尾迹的起点和终点,准确计算出尾迹的边之间的夹角,而且运算简单,满足人们对系统实时性的要求。     

合成孔径雷达舰船航迹成像模型及其数字仿真

该文描述了一种合成孔径雷达(SAR)Kelvin舰船航迹成像的数学模型，该模型考虑了流体粘性和海洋背景的影响，在一定条件下对Kelvin舰船航迹的合成孔径雷达成像进行了计算机数字仿真。仿真结果较好地反映了航迹的表面分布情况，为研究舰船航迹在合成孔径雷达图像中的成像机理提供了理论分析依据。