SAR图像飞机目标检测识别进展

目标检测与识别是高分辨合成孔径雷达(SAR)领域的热点问题。机场上飞机作为一种典型目标，其检测和识别有一定的独特性。该文回顾了SAR图像典型目标检测识别领域技术的发展过程，分析了SAR图像中飞机目标的散射机制及面临的技术难点，阐述了 SAR 飞机目标检测识别的系统流程、技术路线和关键科学问题，对基于传统与基于深度学习两个方面的飞机目标检测识别的研究进展进行了归纳总结，并讨论了各类方法的特点及存在的问题，展望了未来的发展趋势。该文认为如何将深度学习与目标电磁散射机理结合、提高网络或模型的泛化能力是提升SAR图像中目标检测识别精度的关键，并给出了一种基于散射信息与深度学习融合的飞机目标检测方法。      

基于属性散射中心卷积核调制的SAR目标识别深层网络

卷积神经网络(CNN)的特征提取能力与其参数量有关,一般来说,参数量越多,CNN的特征提取能力越强。但要学好这些参数需要大量的训练数据,而在实际应用中,可用于模型训练的合成孔径雷达(SAR)图像往往是有限的。减少CNN的参数量可以降低对训练样本的需求,但同时也会降低CNN的特征表达能力,影响其目标识别性能。针对此问题,该文提出一种基于属性散射中心(ASC)卷积核调制的SAR目标识别深层网络。由于SAR图像具有电磁散射特性,为了提取更符合SAR目标特性的散射结构和边缘特征,所提网络使用预先设定的具有不同指向和长度的ASC核对少量CNN卷积核进行调制以生成更多卷积核,从而在降低网络参数量的同时保证其特征提取能力。此外,该网络在浅层使用ASC调制卷积核来提取更符合SAR图像特性的散射结构和边缘特征,而在高层使用CNN卷积核来提取SAR图像的语义特征。由于同时使用ASC调制卷积核和CNN卷积核,该网络能够兼顾SAR目标的电磁散射特性和CNN的特征提取优势。使用实测SAR图像进行的实验证明了所提网络可以在降低对训练样本需求的同时保证优秀的SAR目标识别性能。     

基于电磁散射模型的海上舰船双基SAR图像仿真

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)在地海环境遥感和目标探测识别中发挥着重要作用。相对于单基SAR,双基SAR能够通过调整发射机和接收机的角度对场景进行多方位观测,因此开展海上舰船目标双基SAR图像仿真可为非合作目标的特征研究和探测识别提供方法和手段,在目标探测识别方面有着重要意义。为此,本文利用基于面元化的简化小斜率近似(facet-based simplified small slope approximation, FBS-SSA)方法与几何光学/物理光学(geometrical optics/physical optics, GO/PO)混合方法,提出了一种基于电磁散射模型的海上舰船目标复合场景双基SAR图像仿真方法,实现了不同双基角下的海上舰船SAR图像仿真,并分析了雷达飞行方向与舰船角度、发射机和接收机相对位置、极化、海况对雷达图像的影响。结果表明,双基角、极化、舰船朝向都会对双基SAR图像产生较大的影响,因此可以通过获取不同双基角度下的复合场景SAR图像特征从而可以更好地开展舰船识别。此外,SAR图像中的阴影特征也可作为舰船识别的辅助...     

基于电磁散射特性计算的目标SAR图像仿真

目标SAR图像仿真对SAR系统设计与验证、SAR图像几何纠正与地理编码、SAR图像解译和目标识别以及SAR成像处理等具有重要意义.SAR图像仿真总体分为基于信号的仿真和基于特征的仿真,不同应用决定了其相应的仿真方法也各不相同.面向SAR图像解译与目标识别应用,采用基于信号的仿真,研究实现了基于电磁散射特性计算的目标SAR图像仿真,给出了仿真信号的数学模型及仿真流程,并通过简单几何体以及实际目标的SAR图像仿真实验结果验证了其有效性.     

基于注意力和自适应特征融合的SAR图像飞机目标检测

针对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像中飞机目标尺度多样性及背景强散射干扰的问题,提出了一种基于坐标注意力和自适应特征融合的YOLOv4 SAR图像飞机目标检测算法。该方法首先在主干网络引入坐标注意力机制,以增强对于飞机散射点组合结构的聚焦能力以及抗背景干扰能力。其次,在特征增强网络中引入自适应特征融合机制,提高了对不同大小飞机的特征提取能力,同时改善了YOLOv4算法召回率和精确率不平衡的问题。最后,通过改进的K-Means聚类针对飞机目标调整先验框的尺寸,提高了模型的定位精度。实验结果表明,改进算法召回率达到91.01%,精确率达到90.09%,AP_0.5达到92.34%,分别较原YOLOv4算法提高2.49%,6.56%和3.62%。     

基于并联卷积神经网络的SAR图像目标识别

基于合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）在图像目标识别领域中识别精度低的问题，设计一种利用并联卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）来提取SAR图像特征的目标识别方法.首先利用改进的ELU激活函数代替常规的ReLU激活函数，建立与二次代价函数相结合的深度学习模型.其次采用均方根支柱（root mean square Prop，RMSProp）与Nesterov动量结合的优化算法执行代价函数参数迭代更新的任务，利用Nesterov引入动量改变梯度，从两方面改进更新方式，有效地提高网络的收敛速度与精度.通过对美国国防研究规划局（DARPA）和空军研究实验室（AFRL）共同推出的MSTAR数据集进行实验，实验表明，该文提出的算法能充分提取出SAR图像中各类目标所蕴含的信息，具有较好的识别性能，是一种有效的目标识别算法.     

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.     

基于雷达散射特性的高分辨率SAR图像自动目标识别

高分辨率SAR的迅速发展为自动目标识别提供了可能,为了克服存储海量模板带来的计算复杂性,发展基于模型的目标识别现已成为新的国际研究热点.先由目标的真实三维模型依据电磁波散射理论计算雷达散射截面(RCS),利用宽带合成孔径技术得出目标散射特性的空间分辨率图像,进而基于模拟图像实现目标的CFAR检测.最后利用我国机载高分辨率SAR图像对该方法进行实验,验证了本文提出的基于雷达散射特性目标识别的有效性.     

基于深度学习的SAR图像目标识别综述

随着合成孔径雷达技术的不断发展,雷达图像目标识别成为重要的研究方向.近年来,深度学习技术在雷达图像目标检测与识别方面得到了广泛应用,然而,数据样本量少和数据样本类别不均衡成为制约深度学习在合成孔径雷达目标识别中的重要因素.对基于深度学习的SAR图像目标识别算法进行了分析,首先,介绍了SAR图像目标识别常用数据集和多角度...     

SAR图像飞机目标智能检测识别技术研究进展与展望

合成孔径雷达(SAR)采用相干成像机制,具有全天时、全天候成像的独特优势。飞机目标作为一种典型高价值目标,其检测与识别已成为SAR图像解译领域的研究热点。近年来,深度学习技术的引入,极大提升了SAR图像飞机目标检测与识别的性能。该文结合团队在SAR图像目标特别是飞机目标的检测与识别理论、算法及应用等方面的长期研究积累,对基于深度学习的SAR图像飞机目标检测与识别进行了全面回顾和综述,深入分析了SAR图像飞机目标特性及检测识别难点,总结了最新的研究进展以及不同方法的特点和应用场景,汇总整理了公开数据集及常用性能评估指标,最后,探讨了该领域研究面临的挑战和发展趋势。     

基于2DPCA-SCN正则化的SAR图像目标识别方法

合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）图像解译是一项重大的科学应用挑战,SAR图像目标识别已成为该领域的主要研究方向之一。针对SAR图像识别算法训练参数较多的问题,本文提出一种二维主成分分析（two-dimensional principal component analysis,2DPCA）与L2正则化约束的随机配置网络（stochastic configuration network,SCN）进行集成学习的SAR图像目标识别方法。2DPCA不仅能够有效地提取出目标的特征信息而且通过稀疏表征方式降低数据量,SCN正则化算法参数较少且可以有效避免网络过拟合问题,提高网络的识别率。我们将提出的方法在MSTAR (moving and stationary target acquisition and recognition)数据集上进行实验,结果表明该方法相对传统方法具有更高的识别率。      

稀疏先验引导CNN学习的SAR图像目标识别方法

深度学习技术的应用给SAR图像目标识别带来了大幅度的性能提升,但其对实际应用中车辆目标局部部件的变化适应能力仍有待加强。利用数据内在先验知识,在高维语义特征中学习其内在的低维子空间结构,可以提升分类模型在车辆目标变体条件下的泛化性能。本文基于目标特征的稀疏性,提出了一种稀疏先验引导卷积神经网络（Convolution Neural Network,CNN）学习的SAR目标识别方法（CNN-TDDL）。首先,该方法利用CNN提取SAR图像目标的高维语义特征。其次,通过稀疏先验引导模块,利用特征稀疏性,对目标特征内在的低维子空间结构进行学习。分类任务驱动的字典学习层（Task-Driven Dictionary Learning,TDDL）将目标特征的低维子空间以稀疏编码的形式表示,再利用非负弹性正则网增强了稀疏编码的稳定性,使稀疏编码不仅有效地表征目标的低维子空间结构,并且能够提取更具判别性的类别特征。基于运动和静止目标获取与识别（Moving and Stationary Target Acquisition and Recognition,MSTAR）数据集以及仿真和实测配对和标记实验 （Synthetic and Measured Paired and Labeled Experiment,SAMPLE） 数据集的实验表明,相比于传统字典学习方法和典型深度学习方法,CNN-TDDL在MSTAR标准操作条件（Standard Operating Conditions, SOC）下识别精度提升0.85%~5.28%,型号识别精度提升3.97%以上,表现出更好的泛化性能。特征可视化分析表明稀疏先验引导模块显著提升了异类目标特征表示的可分性。      

基于数值散射模拟与模型匹配的SAR自动目标识别研究

该文提出并实现了一种基于模型的SAR自动目标识别算法,该算法用实验室开发的BART进行离线电磁散射计算,系统参数设置和MSTAR数据库的参数完全一致,对待测图像和电磁散射数据所成的图像分别进行特征提取,然后进行搜索匹配。该文通过MSTAR 3类目标3种型号的实测数据和BART仿真数据分别验证了算法的可行性和准确性。该算法简单易实现,运行时间短,目标分类识别的效果较好。      

基于散射点位置信息的雷达目标识别

文章利用雷达目标散射点位置相对慢变这一特性,结合初级几何理论,利用遗传算法提取低雏稳健特征,提出了一种基于散射点相对距离比例的特征提取方法。仿真实验表明,该特征在降低特征向量维数的同时,取得了与一维距离像相当的识别结果。     

基于小波字典稀疏表示的SAR图像目标识别

针对稀疏表示识别算法在图像域构造冗余字典时过分依赖预处理及原子维数较大的问题,提出基于小波字典的 SAR图像稀疏表示识别算法。首先采用二维离散小波变换将原始图像变换到小波域,建立小波域 SAR图像特征模型,得出小波域低频成分可充分表征目标类别信息的结论。然后取小波域低频成分进行2DPCA特征抽取构造小波字典,最后由改进 OMP 算法稀疏分解系数得到识别结果。SAR MSTAR数据的实验结果表明,在无预处理的情况下识别率高达99％,并且在含噪比10％的情况下识别率仍达96％。     

SAR图像舰船目标识别综述

SAR图像舰船目标识别是SAR图像海洋监视应用中的一项关键技术。在广泛文献调研的基础上,首先建立了SAR图像舰船目标识别的主要流程;接着对用于SAR图像舰船目标识别的众多特征进行归纳整理,分析了其物理意义及优缺点;然后对用于SAR图像舰船目标的分类算法进行了较为全面的综述;最后分析了目前研究中所面临的主要问题,展望了进一步研究的主要方向。     

基于一维距离像的飞机目标识别

针对基于多散射中心模型回波的一维距离像(High Resolution Range Profile, HRRP)难以真实反映复杂目标散射特性的问题,研究了基于电磁散射模型回波的生成方法和HRRP 宽带特征提取方法。首先应用等效电磁流法(Method of Equivalent Currents, MEC)棱边修正的物理光学(Physical Optics, PO)算法解算飞机目标动静态电磁散射特性;其次基于目标散射场数据,生成目标回波、仿真HRRP 序列,提取目标宽带特征信息;最后求解了目标在设定航迹下的平均识别率,量化分析了信噪比对目标识别率的影响。理论分析与仿真结果表明:当信噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)大于5 dB 时,基于电磁散射建模的平均识别率相对基于传统的多散射中心模型提升了20%。     

一种联合阴影和目标区域图像的SAR目标识别方法

地面目标的SAR图像中除了包含目标散射回波形成的区域,还包括由目标遮挡地面形成的阴影区域。但是由于这两种区域中的图像特性不相同,所以传统的SAR图像自动目标识别主要利用目标区域信息进行目标识别,或者单独使用阴影区域进行识别。该文提出一种阴影区域与目标区域图像联合的稀疏表示模型。通过使用1\2范数最小化方法求解该模型得到联合的稀疏表示,然后根据联合重构误差最小准则进行SAR图像目标识别。在运动和静止目标获取与识别(MSTAR)数据集上的识别实验结果表明,通过联合稀疏表示模型可以有效地将目标区域与阴影区域信息进行融合,相对于采用单独区域图像的稀疏表示识别方法性能更好。     

基于Markov随机场的SAR图像目标检测方法

提出了一种递增结构能量参数的Markov随机场模型的合成孔径雷达图像目标检测算法,利用模拟退火优化方法,获得最大后验概率准则下的目标检测结果。实验结果表明,该算法不仅能有效减少斑点噪声及背景杂波的影响,而且还可以排除具有较强回波的角反射器的干扰。     

采用深度学习的多方位角SAR图像目标识别研究

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）在对地面目标进行观测时,可以在多个不同的方位角获取到目标的SAR图像,但这些图像中目标的形态各不相同。考虑到SAR图像对观测方位角极其敏感和SAR图像数据规模小这两个因素,本文设计了一个利用多方位角SAR图像进行目标识别的卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）,同一目标的3幅SAR图像被当作一幅伪彩色图像输入到网络中,充分利用了SAR图像数据的获取特点,同时用池化层替代了展平操作,降低了网络参数数量。实验结果表明,即便在小规模SAR数据集上,该卷积网络具有识别精度高的特点,对同类别不同型号的目标也具有出色的识别表现。