一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法，根据光学遥感图像建立港口先验模板图；根据飞行器返回的高度，俯仰角，滚转角，偏航角对模板图进行透视变换；对透视变换后的模板图和红外前视图分别提取边缘；模板边缘图和前视边缘图匹配，获得初始匹配位置；考虑到飞行器高度和姿态参数存在误差，提出局部精匹配方法进行精确定位和旋转角补偿；根据位置、旋转角度及模板信息确定前视图中的陆地区域和海域，对红外前视图的海域进行分割；对分割后的前视图进行斜矩形标记，获得初始疑似舰船目标；对初始疑似舰船目标进行并靠船分离、多特征检测排除虚警，获取舰船目标，可以适用于复杂港口背景下中低分辨率红外前视图中的舰船检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法
本专利技术属于异源图像匹配、目标检测、红外图像处理
，更具体地，涉及一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法。
技术介绍
舰船作为主要的海上运输载体，在民用和军用上发挥着至关重要的作用，舰船目标检测具有重要的战略意义。目前，舰船检测的研究主要集中在海面背景下高分辨率光学遥感图像中的舰船检测，现有的舰船检测算法在复杂港口背景下中低分辨率红外前视图中的舰船检测中存在一定的局限性。在复杂港口背景下红外前视图中的舰船检测存在以下难点：(1)港口停泊的舰船与其相邻陆地有相似的灰度信息，直接分割不能达到将舰船与背景分离的目的。(2)舰船与陆地粘连，无法通过对船的特征进行学习来检测靠岸船只。(3)陆地背景复杂，直接对图像提取角点进行舰船检测，难以排除陆地部分的干扰。(4)红外图像相对于可见光图像，分辨率较低，舰船特征不明显。(5)常用的Hausdorff距离匹配算法进行港口检测定位精度不高，应用于高空低分辨率的红外前视图像中，定位误差严重影响到靠岸舰船检测。因此，提供一种能够适用于复杂港口背景下中低分辨率红外前视图中的舰船检测方法是业界亟需解决的难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法，将先验地理信息模板与红外前视图进行边缘匹配，获取红外前视图在模板中的位置，即获取红外前视图中陆地和海域的分布信息，然后进行图像分割，只对海域部分进行分割，排除陆地部分干扰，避免分割后出现陆地与舰船粘连的情况，最后对分割图像进行斜矩形标记、便于舰船去虚警操作，获取舰船目标。由此解决现有技术中舰船检测算法应用到复杂港口背景下中低分辨率红外前视图中存在一定局限性的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法，包括：(1)：将光学遥感图像进行二值化处理，沿港口勾勒，绘制成陆地区域为黑色，海域为白色的港口先验地理信息模板图；(2)：根据飞行器返回的高度、俯仰角、滚转角以及偏航角对港口先验地理信息模板图进行透视变换，得到与飞行器拍摄的红外前视图同一尺度和视角下的模板图像；(3)：对透视变换后的模板图像进行边缘提取得到模板边缘图，对红外前视图进行边缘提取得到前视边缘图；(4)：将模板边缘图与前视边缘图进行匹配，获取前视边缘图在模板边缘图中的位置R和旋转角度N；(5)：将透视变换后的模板图像旋转N度，以位置R为中心在透视变换后的模板图像中截取与红外前视图相同大小的图像，将截取后的图像中黑色部分对应的红外前视图中的区域作为红外前视图的陆地部分，将截取后的图像中白色部分对应的红外前视图中的区域作为红外前视图的海域部分，并对红外前视图中的海域部分进行分割；(6)：对分割后的红外前视图进行斜矩形标记，获得初始疑似舰船目标；(7)：对初始疑似舰船目标进行并靠船分离；(8)：对斜矩形标记区域进行多特征检测，排除虚警，获取最终舰船目标。优选地，步骤(4)具体包括以下子步骤：(4.1)：将前视边缘图按照第一预设的匹配步长以及第一预设的邻域搜索范围在模板边缘图中进行粗匹配，得到初始匹配位置；(4.2)：将前视边缘图按照第二预设的匹配步长以及第二预设的邻域搜索范围在模板边缘图中以初始匹配位置为中心半径为n的邻域内进行精匹配，在精匹配的同时对模板边缘图进行旋转，修正角度误差，获取最佳匹配位置和最佳旋转角度作为前视边缘图在模板边缘图中的位置R和旋转角度N，其中，n为预设值，第一预设的匹配步长大于第二预设的匹配步长，第一预设的邻域搜索范围大于第二预设的邻域搜索范围，第二预设的匹配步长为1，第二预设的邻域搜索范围为0或1。优选地，步骤(4.2)具体包括以下子步骤：(4.2.1)：将前视边缘图按照第二预设的匹配步长以及第二预设的邻域搜索范围在模板边缘图中以初始匹配位置为中心半径为n的邻域内进行一次匹配计算，得到初始旋转角度为0的相似性测度值P0以及匹配位置R0；(4.2.2)：分别按正方向1°和负方向1°旋转模板边缘图，重复步骤(4.2.1)得到旋转角度为+1°的相似性测度值P+1、匹配位置R+1以及旋转角度为-1°的相似性测度值P-1、匹配位置R-1，比较P0、P+1、P-1的大小，若P0为最大值，则旋转角度为0的模板边缘图为最佳匹配，匹配位置为R0，精匹配结束，若P+1为最大值，则将旋转方向记为正，继续执行步骤(4.2.3)，若P-1为最大值，则将旋转方向记为负，继续执行步骤(4.2.3)；(4.2.3)：按照标记的旋转方向继续对模板边缘图进行旋转，每次旋转1°，在Pn+1<Pn时，则旋转角度为n°时为最佳匹配，匹配位置为Rn，精匹配结束，其中Pn+1表示旋转角度为(n+1)°时的相似性测度值，Pn表示旋转角度为n°时的相似性测度值。优选地，步骤(6)具体包括以下子步骤：(6.1)对分割后的红外前视图进行连通域标记，获取正矩形标记框；(6.2)对每个正矩形标记框内的图像进行边缘提取；(6.3)对每个正矩形标记框内经过边缘提取的边缘图进行Hough变换，提取最长的一条直线的斜率，即为舰船长轴的斜率；(6.4)取与舰船长轴的斜率对应的一条直线和该直线的法线，在正矩形标记框内平移，求直线分别与连通域边界的交线，构成斜矩形，即为斜矩形标记框；(6.5)将所有斜矩形标记框确定的区域作为初始疑似舰船目标。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要有以下的技术优点：(1)采用基于梯度强度和梯度方向的匹配相似性测度，能减少匹配时陆地部分边缘信息的干扰，匹配精度高。(2)针对舰船检测中模板边缘图与前视边缘图的特点，对匹配算法的搜索策略进行改进，提高了匹配速度。(3)考虑到飞行器高度和姿态参数存在误差，提出局部精匹配方法进行精确定位和旋转角补偿，使匹配更精确。(4)舰船检测流程简易，其中所用到的各种算法计算复杂度不高，易于硬件移植。(5)提出了一种斜矩形标记方法，能在舰船目标有多余部分粘连时仍能标记出平行于舰船长宽轴的斜矩形，便于舰船去虚警和特征参数计算。附图说明图1为本专利技术实施例公开的一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法的流程示意图；图2(a)为光学遥感图像；图2(b)为与光学遥感图像对应的港口先验地理信息模板图；图3为本专利技术实施例公开的一种透视变换示意图；图4为本专利技术实施例公开的一种斜矩形标记示意图；图5为本专利技术实施例公开的一种排除虚警的方法示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1为本专利技术实施例公开的一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法的流程示意图，在图1所示的方法中包括以下步骤：S1：模板制备：将光学遥感图像进行二值化处理，沿港口勾勒，绘制成陆地区域为黑色，海域为白色的港口先验地理信息模板图；其中，光学遥感图像来源于GoogleEarth或者其他途径，一般取2000m～5000m高度下正视港口图像。模板制备用Photoshop或其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法，其特征在于，包括：(1)：将光学遥感图像进行二值化处理，沿港口勾勒，绘制成陆地区域为黑色，海域为白色的港口先验地理信息模板图；(2)：根据飞行器返回的高度、俯仰角、滚转角以及偏航角对港口先验地理信息模板图进行透视变换，得到与飞行器拍摄的红外前视图同一尺度和视角下的模板图像；(3)：对透视变换后的模板图像进行边缘提取得到模板边缘图，对红外前视图进行边缘提取得到前视边缘图；(4)：将模板边缘图与前视边缘图进行匹配，获取前视边缘图在模板边缘图中的位置R和旋转角度N；(5)：将透视变换后的模板图像旋转N度，以位置R为中心在透视变换后的模板图像中截取与红外前视图相同大小的图像，将截取后的图像中黑色部分对应的红外前视图中的区域作为红外前视图的陆地部分，将截取后的图像中白色部分对应的红外前视图中的区域作为红外前视图的海域部分，并对红外前视图中的海域部分进行分割；(6)：对分割后的红外前视图进行斜矩形标记，获得初始疑似舰船目标；(7)：对初始疑似舰船目标进行并靠船分离；(8)：对斜矩形标记区域进行多特征检测，排除虚警，获取最终舰船目标。

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘匹配的红外前视图像舰船检测方法，其特征在于，包括：(1)：将光学遥感图像进行二值化处理，沿港口勾勒，绘制成陆地区域为黑色，海域为白色的港口先验地理信息模板图；(2)：根据飞行器返回的高度、俯仰角、滚转角以及偏航角对港口先验地理信息模板图进行透视变换，得到与飞行器拍摄的红外前视图同一尺度和视角下的模板图像；(3)：对透视变换后的模板图像进行边缘提取得到模板边缘图，对红外前视图进行边缘提取得到前视边缘图；(4)：将模板边缘图与前视边缘图进行匹配，获取前视边缘图在模板边缘图中的位置R和旋转角度N；(5)：将透视变换后的模板图像旋转N度，以位置R为中心在透视变换后的模板图像中截取与红外前视图相同大小的图像，将截取后的图像中黑色部分对应的红外前视图中的区域作为红外前视图的陆地部分，将截取后的图像中白色部分对应的红外前视图中的区域作为红外前视图的海域部分，并对红外前视图中的海域部分进行分割；(6)：对分割后的红外前视图进行斜矩形标记，获得初始疑似舰船目标；(7)：对初始疑似舰船目标进行并靠船分离；(8)：对斜矩形标记区域进行多特征检测，排除虚警，获取最终舰船目标。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)具体包括以下子步骤：(4.1)：将前视边缘图按照第一预设的匹配步长以及第一预设的邻域搜索范围在模板边缘图中进行粗匹配，得到初始匹配位置；(4.2)：将前视边缘图按照第二预设的匹配步长以及第二预设的邻域搜索范围在模板边缘图中以初始匹配位置为中心半径为n的邻域内进行精匹配，在精匹配的同时对模板边缘图进行旋转，修正角度误差，获取最佳匹配位置和最佳旋转角度作为前视边缘图在模板边缘图中的位置R和旋转角度N，其中，n为预设值，第一预设的匹配步长大于第二预设的匹配步长，第一预设的邻域搜索范围大于第二预设的邻域搜...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岳环，秦小娟，洪星，戴开恒，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42