基于显著性的遥感图像舰船目标检测

舰船作为海洋信息感知中的重要目标,其检测在军舰探测、精确制导等军用领域以及海面搜救、渔船监测等民用领域具有极其重要的战略意义.海洋遥感图像受云雾、风浪、海杂波和光照等干扰使得舰船检测具有挑战性.根据可见光遥感图像舰船目标检测特点提出粗检测和细鉴别相结合的技术路线.先基于视觉显著性的谱残差法对图像进行增强以提取目标候选区域,后根据舰船与干扰因素差异采用舰船方向梯度直方图特征对目标候选区域进行鉴别,提取真正的舰船目标.实验结果表明,上述算法舰船检测率高,对光照、海杂波干扰具有一定程度的鲁棒性,且能有效剔除碎云岛屿等干扰物,显著降低虚警率.     

高分辨率光学遥感影像舰船检测算法研究

针对传统舰船检测方法在高分辨率光学遥感影像中虚警率较高的问题,提出了一种适用于高分辨率光学遥感影像的舰船检测算法。利用能够表征地物纹理特征的二维图像熵结合区域生长原理实现海陆分离,在舰船目标分割阶段,引入视觉显著性模型,解决了不能分割暗极性舰船目标的问题,大部分场景下分割精度较高。最后在分割出的候选目标中,采用多特征量综合的方法剔除虚警。结果表明,该算法在舰船目标检测中有较高的检测率和较低的虚警率。     

高分辨率遥感图像投影分析的靠岸舰船检测

目的 高分辨率遥感图像中,靠岸舰船检测有着广泛的应用前景,其主要难点在于舰船与港口陆地在空间上紧邻,在颜色和纹理特征上相似,舰船与港口陆地难以分割。针对这种情况,利用港口岸线平直的几何特点和靠岸舰船多为舷靠的停泊特点,提出一种基于投影分析的靠岸舰船检测方法。方法 首先,对原始图像进行预处理,利用K-means聚类算法与区域生长算法相结合的方式得到海陆分割图像,利用Sobel算子与Otsu分割结合的方式获取边缘图像;然后,通过改进的Hough变换提取直线特征,结合港岸几何特性定位港口岸线;再将海陆分割后的二值图像向沿岸线和垂直岸线两个方向进行投影,根据沿岸线方向投影形态确定和分离并靠舰船,根据垂直岸线方向的投影形态定位舰船目标;最后,利用舰船尺寸、长宽比、最小外接矩形占空比特征去除虚警。结果 在15个港口场景不同分辨率的遥感图像测试集上,本文方法整体检测率达到85.4%,虚警率达17.2%;限定分辨率范围在24 m的情形下,检测率提高到93.5%,虚警率降低至5.3%。结论 本文方法简单有效,无需港口先验信息,适用于多尺度和多方向的靠岸舰船目标检测任务,对不同类型舰船形态差异具有鲁棒性,且能够分离并靠舰船。     

多尺度分形维的星载舰船显著性检测

目的 星上的舰船检测需要在资源和时间受限条件下实现快速检测,并且对目标的种类和尺寸缺少先验信息的指导,更多时候还需要实现一景图像中不同尺寸舰船的检测,因此,星上舰船检测要求检测方法具有一定的自适应性,从而实现星上多变的检测场景。方法 针对这一问题,提出了一种多尺度分形维的检测方法,可以实现一景遥感图像中不同尺寸舰船目标的检测。首先,针对差分盒算法受盒子尺寸约束的限制使分形维数的计算精度受到影响的问题提出了一种改进算法,改进算法增加了拟合直线的点对数目并引入了拟合误差剔除误差点对,提高了分形维特征计算的精确度。结果 在提高了分形维计算精度的基础上,新算法利用自然物体在不同尺度上具有的自相似性,通过多尺度分形维的计算并借鉴视觉显著性中c-s算子来排除背景对目标的干扰,突出舰船目标。实验结果表明,新算法能够有效检测出一景图像中不同尺寸的舰船,优于双参数CFAR算法的检测结果。结论 本文提出的多尺度分形维的检测算法可以实现对一景图像中不同尺寸舰船目标的检测,在保证一定检测率的同时有效降低了目标检测的虚警率。     

SAR图像舰船目标检测的信息几何方法

目的 舰船目标检测是合成孔径雷达（SAR）图像在海事监测领域中的一项重要应用。由于海面微波散射的复杂性,SAR图像中海杂波分布具有非均匀性、非平稳性等特点,传统的基于恒虚警率（CFAR）的SAR图像舰船检测算法难以适应复杂多变的海杂波环境,无法实现实时有效的智能检测任务。鉴于此,本文提出了基于信息几何的SAR图像船舰目标检测方法,旨在分析统计流形及其在参数空间中的几何结构,探讨信息几何在SAR图像目标检测应用中的切入点,从新的角度提升该应用领域的理论与技术水平。方法 首先,运用威布尔分布族对SAR图像中的海杂波进行统计建模,利用最大似然方法估计SAR图像局部邻域像素的分布参数,并将不同参数下的统计分布作为威布尔流形上的不同点;其次,融合高斯分布的费歇耳度量来构造威布尔流形空间中概率分布之间的测度,实现目标与背景区域的差异性表征;最后,利用最大类间方差法,实现SAR图像舰船目标检测。结果 实验和分析表明,相比于传统的基于恒虚警率的检测算法,信息几何方法可以有效地区分舰船目标和海杂波背景,降低虚警率,实现舰船目标显著性表示与检测。结论 由于舰船目标的复杂后向散射特性,如何有效地表征这一差异,是统计类检测算法的关键所在。本文依据信息几何理论,将概率分布族的参数空间视为微分流形,在参数流形上构造合适的黎曼度量,对SAR图像中各像素局部邻域进行测度表征,可以显著性表示目标与背景杂波之间的统计差异,实现舰船目标检测。     

FGSC-23：面向深度学习精细识别的高分辨率光学遥感图像舰船目标数据集

目的 基于光学遥感图像的舰船目标识别研究广受关注,但是目前公开的光学遥感图像舰船目标识别数据集存在规模小、目标类别少等问题,难以训练出具有较高舰船识别精度的深度学习模型。为此,本文面向基于深度学习的舰船目标精细识别任务研究需求,搜集公开的包含舰船目标的高分辨率谷歌地球和GF-2卫星水面场景遥感图像,构建了一个高分辨率光学遥感图像舰船目标精细识别数据集（fine-grained ship collection-23,FGSC-23）。方法 将图像中的舰船目标裁剪出来,制作舰船样本切片,人工对目标类别进行标注,并在每个切片中增加舰船长宽比和分布方向两类属性标签,最终形成包含23个类别、4 052个实例的舰船目标识别数据集。结果 按1：4比例将数据集中各类别图像随机划分为测试集和训练集,并展开验证实验。实验结果表明,在通用识别模型识别效果验证中,VGG16（Visual Geometry Group 16-layer net）、ResNet50、Inception-v3、DenseNet121、MobileNet和Xception等经典卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）模型的整体测试精度分别为79.88%、81.33%、83.88%、84.00%、84.24%和87.76%;在舰船目标精细识别的模型效果验证中,以VGG16和ResNet50模型为基准网络,改进模型在测试集上的整体测试精度分别为93.58%和93.09%。结论 构建的FGSC-23数据集能够满足舰船目标识别算法的验证任务。     

可见光遥感图像海面目标检测技术综述

基于可见光遥感图像的海面目标检测技术是当前遥感领域的研究热点,为推进基于可见光遥感图像的海面目标检测技术的发展,文中对当前主要的检测方法进行了总结。首先,介绍了可见光遥感图像目标特性以及图像目标检测基本流程,并分析了遥感图像目标检测的研究现状;然后,针对海面目标快速检测问题,详细介绍了视觉显著性方法在遥感图像目标检测方面的研究现状;接着,针对遥感图像分类识别问题,详细介绍了卷积神经网络在遥感图像目标检测方面的研究现状;最后,总结了现有方法应用于海面目标检测存在的问题以及未来的研究方向。     

注意力机制改进卷积神经网络的遥感图像目标检测

目的 遥感图像目标检测是遥感图像处理的核心问题之一,旨在定位并识别遥感图像中的感兴趣目标。为解决遥感图像目标检测精度较低的问题,在公开的NWPU_VHR-10数据集上进行实验,对数据集中的低质量图像用增强深度超分辨率（EDSR）网络进行超分辨率重构,为训练卷积神经网络提供高质量数据集。方法 对原Faster-RCNN （region convolutional neural network）网络进行改进,在特征提取网络中加入注意力机制模块获取更多需要关注目标的信息,抑制其他无用信息,以适应遥感图像视野范围大导致的背景复杂和小目标问题;并使用弱化的非极大值抑制来适应遥感图像目标旋转;提出利用目标分布之间的互相关对冗余候选框进一步筛选,降低虚警率,以进一步提高检测器性能。结果 为证明本文方法的有效性,进行了两组对比实验,第1组为本文所提各模块间的消融实验,结果表明改进后算法比原始Faster-RCNN的检测结果高了12.2%,证明了本文所提各模块的有效性。第2组为本文方法与其他现有方法在NWPU_VHR-10数据集上的对比分析,本文算法平均检测精度达到79.1%,高于其他对比算法。结论 本文使用EDSR对图像进行超分辨处理,并改进Faster-RCNN,提高了算法对遥感图像目标检测中背景复杂、小目标、物体旋转等情况的适应能力,实验结果表明本文算法的平均检测精度得到了提高。     

遥感图像中复杂海面背景下的海上舰船检测

针对遥感图像中复杂海面背景下海上舰船的检测问题展开讨论,在Itti视觉显著度模型的基础之上进行改进,提出一种基于特征显著度图的复杂海面上舰船的自动检测方法,解决了传统的阈值分割方法在遥感图像复杂海面背景下较难将目标与背景分离的问题.在多种不同复杂海面背景下的舰船检测实验中,与传统阈值分割方法比较,本文方法有较高的检测率和较低的虚警率.     

深度卷积网络卫星图像水泥厂目标检测

目的 水泥厂作为重要的污染源企业需要对其进行统计和监管,近几年随着卫星遥感技术的发展和遥感影像分辨率的提高,使得基于卫星影像进行水泥厂目标检测成为可能。但是由于遥感图像中建筑目标的环境复杂多变,同时各个水泥厂在生产规模、设备构成、厂区结构、坐落方位上存在较大差异,图像表观上的形态各异和复杂环境干扰使得传统图像识别方法难以设计和提取有效特征。鉴于深度学习在视觉目标检测领域的成功应用,本文将研究应用深度卷积神经网络方法,实现在卫星图像上识别与定位水泥厂目标,为环保部门提供一种高效便捷的水泥厂目标检测和统计方法。方法 基于面向目标检测与定位的Faster R-CNN深度学习框架,以准确检测与定位水泥厂区域为目的,以京津冀地区的水泥厂位置作为训练和测试数据集,选用3种结构不同的提取特征卷积神经网络模型进行了对比实验。并针对小样本训练容易出现的过拟合和误检问题,采用图像去雾预处理、数据扩充、引入负样本等技术进一步提升模型能力。结果 测试集实验结果表明ResNet特征提取网络效果最好,准确率达到74%。为了进一步提高检出率并降低误检率,引入3种模型能力提升方法,在扩充检测数据集中的检出率达到94%,误检率降低到14%;在全球水泥厂数据集中的图像检出率达到96%,万幅随机图像的误检数量为30幅（0.3%）。对上海地区的卫星图像进行扫描检测,结果检测出11个已登记的水泥厂（共登记16个）,另外还检测出17个未登记的水泥厂。结论 对于卫星地图上水泥厂这种具有特殊建筑构造但也存在厂区几何形状各异、所处地理环境复杂、随季节性变化等特点,本文提出的基于深度卷积网络的卫星图像水泥厂检测方法,能够自动学习提取有效的图像特征并对目标进行准确检测。针对小样本训练问题,引入3种方法显著提高了模型的检测精度。在模型泛化能力测试中,经过优化后的模型在水泥厂建筑目标检测任务中表现良好,具有重要的应用价值。     

局部显著特征下的光学遥感图像舷靠舰船检测

目的 在光学遥感图像中,针对舷靠舰船灰度和纹理特征与港口相近,传统方法检测效果不理想的问题,提出一种基于局部显著特征的舷靠舰船检测方法。方法 首先,对原始图像预处理得到海陆分割后的二值图像;然后,提取二值图像中的直线段作为局部显著特征检测舰船目标;再将直线段提取结果与舰首检测相结合,建立舷靠舰船检测模型;最后,通过计算舰船几何尺寸及环境信息分析确定舰船目标。结果 在两幅不同场景的光学遥感图像中验证本文方法并与其他算法进行对比,本文方法识别率可达100%,且不存在误检和漏检情况,相比于其他算法具有一定优势。在舰船背景复杂或停泊朝向不定时,文中方法可有效判别舰船停靠方向并对舰船目标进行正确标记。结论 在复杂背景环境及其他干扰下,应用本文方法检测舷靠舰船目标准确率高,鲁棒性强,具有较高适应性。     

显著图和多特征结合的遥感图像飞机目标识别

目的 遥感图像飞机目标的检测与识别是近年来国内外研究的热点之一。传统的飞机目标识别算法一般是先通过目标分割,然后提取不变特征进行训练来完成目标的识别。在干扰较少的情况下,传统算法的识别效果较好。但遥感图像存在着大量的干扰因素,如光照变化、复杂背景及噪声等,因此传统算法识别精度较低,耗时量较大。为快速、准确识别遥感图像中飞机目标,提出一种基于显著图和全局特征、局部特征结合的飞机目标识别算法。方法 首先使用改进的Itti显著算法提取遥感图像中的显著目标;接着使用基于区域增长和线标记算法寻找连通区域来确定候选目标的数量和位置;然后提取MSA（multi-scale autoconvolution）、Pseudo-Zernike矩和Harris-Laplace特征描述子,并使用标准差和均值的比值来评估特征的稳定性,再把提取的特征结合成特征向量;最后应用支持向量机的方法完成对候选目标的识别。结果 实验结果表明,本文算法检测率和识别率分别为97.2%和94.9%,均高于现有算法,并且耗时少,虚警率低（为0.03）,对噪声干扰、背景影响以及光照变化和仿射变化均具有良好的鲁棒性。结论 本文算法使用了图像的3种特征信息,包括MSA、Pseudo-Zernike矩和Harris-Laplace特征描述子,有效克服单一特征的缺点,提高了遥感图像飞机目标的识别率和抗干扰能力。     

采用跳层卷积神经网络的RGB-D图像显著性检测

RGB-D图像显著性检测旨在提取三维图像中的显著目标.为解决当前显著性检测算法难以检测出光线干扰场景内的目标和低对比度的目标等问题,提出了基于跳层卷积神经网络的RGB-D图像显著性检测方法.利用VGG网络分离出RGB图像和深度图像的浅层与深层特征,而后进行特征提取;以跳层结构为基础连接提取到的特征,实现融合深度、颜色、...     

多尺度卷积神经网络显著物体检测

目的 传统显著性检测模型大多利用手工选择的中低层特征和先验信息进行物体检测,其准确率和召回率较低,随着深度卷积神经网络的兴起,显著性检测得以快速发展。然而,现有显著性方法仍存在共性缺点,难以在复杂图像中均匀地突显整个物体的明确边界和内部区域,主要原因是缺乏足够且丰富的特征用于检测。方法 在VGG（visual geometry group）模型的基础上进行改进,去掉最后的全连接层,采用跳层连接的方式用于像素级别的显著性预测,可以有效结合来自卷积神经网络不同卷积层的多尺度信息。此外,它能够在数据驱动的框架中结合高级语义信息和低层细节信息。为了有效地保留物体边界和内部区域的统一,采用全连接的条件随机场（conditional random field,CRF）模型对得到的显著性特征图进行调整。结果 本文在6个广泛使用的公开数据集DUT-OMRON（Dalian University of Technology and OMRON Corporation）、ECSSD（extended complex scene saliency dataset）、SED2（segmentation evalution database 2）、HKU、PASCAL-S和SOD（salient objects dataset）上进行了测试,并就准确率—召回率（precision-recall,PR）曲线、F测度值（F-measure）、最大F测度值、加权F测度值和均方误差（mean absolute error,MAE）等性能评估指标与14种最先进且具有代表性的方法进行比较。结果显示,本文方法在6个数据集上的F测度值分别为0.696、0.876、0.797、0.868、0.772和0.785;最大F测度值分别为0.747、0.899、0.859、0.889、0.814和0.833;加权F测度值分别为0.656、0.854、0.772、0.844、0.732和0.762;MAE值分别为0.074、0.061、0.093、0.049、0.099和0.124。无论是前景和背景颜色相似的图像集,还是多物体的复杂图像集,本文方法的各项性能均接近最新研究成果,且优于大多数具有代表性的方法。结论 本文方法对各种场景的图像显著性检测都具有较强的鲁棒性,同时可以使显著性物体的边界和内部区域更均匀,检测结果更准确。     

用于遥感舰船细粒度检测与识别的关键子区域融合网络

目的 遥感图像中的舰船目标细粒度检测与识别在港口海域监视以及情报搜集等应用中有很高的实际应用价值,但遥感图像中不同种类的舰船目标整体颜色、形状与纹理特征相近,分辨力不足,导致舰船细粒度识别困难。针对该问题,提出了一种端到端的基于关键子区域特征的舰船细粒度检测与识别方法。方法 为了获得更适于目标细粒度识别的特征,提出多层次特征融合识别网络,按照整体、局部子区域两个层次从检测网络得到的候选目标区域中提取特征。然后结合候选目标中所有子区域的信息计算每个子区域的判别性显著度,对含有判别性组件的关键子区域进行挖掘。最后基于判别性显著度将子区域特征与整体特征进行自适应融合,形成表征能力更强的特征,对舰船目标进行细粒度识别。整个检测与识别网络采用端到端一体化设计,所有候选目标特征提取过程只需要经过一次骨干网络的计算,提高了计算效率。结果 在公开的带有细粒度类别标签的HRSC2016(high resolution ship collection)数据集L3任务上,本文方法平均准确率为77.3%,相较于不采用多层次特征融合识别网络提升了6.3%;在自建的包含45类舰船目标的FGSAID(fine-gr...     

基于Mask R-CNN改进的遥感图像舰船检测

遥感图像中舰船朝向不确定性,舰船种类的多样性以及和其他海上及港口物体之间的相似性,使舰船检测的性能下降严重。针对这一问题,使用一种简单且有效的方法来训练有旋转不变性和Fisher判别的Mask R-CNN舰船检测模型,通过优化模型的目标函数以提高舰船检测性能,在保持原有检测模型结构不变的基础上引入两个正则化器,第一个正则化器加强训练样本旋转之前和之后的特征联系,第二个正则化器限制卷积神经网络有小的类内散度和大的类间散度。实验中,在Kaggle遥感图像船只检测数据集上验证了所提出的方法提高了检测遥感图像中舰船目标的性能。     

复杂背景下SAR近岸舰船检测

目的 船舶在合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）图像中的检测是研究热点,但目前适合近岸舰船检测的方法并不多。在SAR图像中,近岸舰船受到岸上建筑物的干扰严重,尤其是对于排列紧密的近岸船舶来说,其对比度相似,很难区分船舶与背景。为解决近岸舰船检测困难问题,提出了一种基于加权双向注意金字塔网络的近岸舰船检测方法。方法 本文在FCOS （fully convolutional one-stage）网络的基础上提出了一种新的双向特征金字塔网络。将卷积注意力机制模块（convolutional block attention module,CBAM）与金字塔网络的每个特征图进行连接,提取丰富的语义信息特征;借鉴PANet （path aggregation network）的思想,添加自下而上的金字塔模块,突出不同尺度船舶的显著特征。最后提出了一种加权特征融合方式,使特征图提取的特征信息的着重点不同,提高舰船检测精度。结果 本文在公开的SAR图像舰船数据集SSDD （SAR ship detection dataset）上进行实验。实验结果表明,相比原FCOS方法,本文方法的检测精度提高了9.5%;与对比方法相比,本文方法在同等条件下的检测精度达到90.2%。在速度方面,本文方法比SSD提高0.6 s,比Faster R-CNN （region convolutional neural network）提高1.67 s,明显优于对比方法。结论 本文通过改进特征网络和特征融合方式,提高了算法对SAR图像舰船目标检测中背景复杂、排列紧密的近岸舰船目标的定位效果,有效增强了对舰船目标定位的准确性。     

基于背景学习的显著物体检测

目的 显著物体检测的目标是提取给定图像中最能吸引人注意的物体或区域,在物体识别、图像显示、物体分割、目标检测等诸多计算机视觉领域中都有广泛应用。已有的基于局部或者全局对比度的显著物体检测方法在处理内容复杂的图像时,容易造成检测失败,其主要原因可以总结为对比度参考区域设置的不合理。为提高显著物体检测的完整性,提出背景驱动的显著物体检测算法,在显著值估计和优化中充分利用背景先验。方法 首先采用卷积神经网络学习图像的背景分布,然后从得到的背景图中分割出背景区域作为对比度计算参考区域来估计区域显著值。最后,为提高区域显著值的一致性,采用基于增强图模型的优化实现区域显著值的扩散,即在传统k-正则图局部连接的基础上,添加与虚拟节点之间的先验连接和背景区域节点之间的非局部连接,实现背景先验信息的嵌入。结果 在公开的ASD、SED、SOD和THUS-10000数据库上进行实验验证,并与9种流行的算法进行对比。本文算法在4个数据库上的平均准确率、查全率、F-measure和MAE指标分别为0.873 6、0.795 2、0.844 1和0.112 2,均优于当前流行的算法。结论 以背景区域作为对比度计算参考区域可以明显提高前景区域的显著值。卷积神经网络可以有效学习图像的背景分布并分割出背景区域。基于增强图模型的优化可以进一步实现显著值在前景和背景区域的扩散,提高区域显著值的一致性,并抑制背景区域的显著性响应。实验结果表明,本文算法能够准确、完整地检测图像的显著区域,适用于复杂图像的显著物体检测或物体分割应用。