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复杂的海空背景环境中云层、波浪反射、复杂气象条件等会给海天线检测带来困难。针对复杂背景下海天线检测的环境适应性问题,提出了一种基于图像边缘相位编码的海天线检测方法。该算法通过双边滤波原理对图像进行保边滤波处理,以高斯拉普拉斯算子增强边缘响应,配合设计的高斯核方向滤波器完成边缘相位编码的抑噪和增强,然后以相位组分内扫描线的累积响应强度和海天区域内像素强度分布模式差值辨识出最优海天线的位置。实验结果表明,该算法能够有效地检测出不同复杂背景条件下的海天线,具有计算量小和环境适应性强的特点。
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第
卷
第
期
光
学
学
报
年
月
基于边缘相位编码的复杂背景下海天线检测
孙 熊 伟
,
,
徐 青 山
,
蔡
熠
,
,
石
敏
,
李
松
中国科学院安徽光学精密机械研究所大气成分与光学重点实验室
安徽 合肥
中国科学技术大学研究生院科学岛分院
安徽 合肥
海军装备研究院
北京
摘要
复杂的海空背景环境中云层
波浪反射
复杂 气象 条件 等 会给 海天 线 检测 带来 困 难
针 对复 杂背 景 下海 天
线检测的环境适应性问题
提出了一种基于图像边缘相位编码的海天线检测方法
该算 法通 过双边 滤波 原理对 图
像进行保边滤波处理
以高斯拉普拉斯算子增强边缘响 应
配 合设 计的 高 斯核 方向 滤 波器 完成 边 缘相 位编 码 的抑
噪和增强
然后以相位组分内扫描线的累积响应强度和海天区域内像素强度分布模式 差值 辨识出 最优 海天线 的位
置
实验结果表明
该算法能够有效地检测出不同复杂背景条件下的海天线
具有计算量小和环境适应性强的特点
关键词
图像处理
海天线检测
相位滤波器
竞争编码
双边滤波
中图分类号
文献标识码
doi
SeaSk
y
LineDetectionBasedonEd
g
ePhaseEncodin
g
in
Com
p
licatedBack
g
round
Ke
y
Laborator
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Anhui
China
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f
Armament
Bei
j
in
g
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改稿日期
基金项目
气象专项课题
作者简介
孙熊伟
男
博士研究生
主要从事地表热红外辐射背景场建模及图像处理方面的研究
导师简介
徐青山
男
博士
研究员
主要从事大气探测
辐射传输
卫星遥感与图像大气校正等方面的研究
引
言
海天线的检测是海空背景图像处理的一个重要问题
海面远距离平视 状态下
被观测海面 目标总是会
光
学
学
报
出现在海天线附近区域
因此
利用海天线的位置可以有效地缩小目标搜索范围
从而减小目标检测的计算
量
提高算法抵抗背景噪声干扰的能力
在实际采集的光学图像中
复杂的海空环境会给海天线的检测带来
直接影响
例如云层
海浪反射
海面多变的气象条件等
从而无法从采集到的光学图片中提取到明显的海天
边界
给海天线的检测带来困难
针对海天线 的检测问题
近 年 来 学 者 做 了 大 量 积 极 的 研 究 工 作
根 据 算 法 思 路 大 致 可 以 分 为 三 类
第一 类是利用图 像分割算法 分割海天区 域
然后将海天 区域的分割线设定为海天线
然 而 在 复 杂 的 海
天气象环境 中
这类算法从 宏观策略上 难以自适应 地得到准确 的目标分割 阈 值
从 局 部 策 略 上 分 析
同 样
会面 对大量不规 则的云
波浪等复杂 背景噪声的 干 扰
导 致 局 部 模 式 难 以 有 效 描 述
这 些 干 扰 因 素 严 重
地影 响了算法的 实际处理速 度和处理效 果
第二类是基 于大海和天 空 区 域 在 频 域 上 的 不 同 表 征 特 点
利
用多尺度小 波变换进行 频域上的分离 分 析
这 类 算 法 需 要 在 多 个 尺 度 上 分 析 图 像
其 计 算 复 杂 性 限 制
了工程实用 性
第三类算法 是基于先验 规律
在排除 海 面 曲 率 和 光 学 畸 变 的 情 况 下
将 海 天 线 视 为 一 条
直线
基于此思想
将海天线检 测问题转化 为直线的提 取问题
这类算法由 于 定 位 速 度 较 快
环 境 自 适 应
性较好
目前已经成 为 海 天 线 提 取 的 主 流 方 法
从 宏 观 角 度 出 发
大 量 的 研 究 工 作 者 在 大 尺 度 下 采 用
变换进行直 线检测以确 定直线方 程
或 采 用
变 换 将 梯 度 图 像 以 线 积 分 的 形 式 投 影 到 直
线的参数空 间
通过搜索局 部峰值 点 检 测 直 线 特 征 并 确 定 其 参 数
不 过
直 接 利 用 边 缘 或 者 梯 度 信 息
进行 统计分析会 在检测结果 中引入大量 的虚假直 线 特 征
给 目 标 的 辨 识 带 来 困 难
基 于 此
部 分 研 究 人
员尝试从局 部角度出发
利用简单灵活 的 区 域 和 轮 廓 信 息 的 边 缘 跟 踪 策 略
避 免 空 间 上 不 相 邻 的 背 景
目标干扰
但是此类方 法容易受到 图像中 大 量 不 稳 定 边 缘 带 来 的 分 支 判 定 问 题 的 干 扰
降 低 了 算 法 实 际
的环境自适 应能力
本文提出了一种新的海天线检测方法
该方法利用双边滤波原理实现海天图像的保边去噪
配合所设计
的图像边缘方向信息进行相位编码增强和抑噪
然后通过相位组分内扫描线的响应强 度累积值和 海天区域
内像素强度分布模式的差异值辨识出最优海天线的位置
该算法能够有效地克服复 杂背景下的 噪声干扰
同时降低计算复杂度
具有很好的工程实用性
图像抑噪和边缘增强处理
21
基于双边滤波的保边去噪
在实际采集的海天图像中
复杂的 海天环境容 易带来高频 噪声干扰
形成不稳 定 的错误边 缘
等
设计了由空间几何距离和局部像素差值共同决定滤波系数的双边滤波算法
利用双边滤波算法的保边
滤波特性
构建了双边滤波器
在滤除环境噪声的同时保持了海天线区域的边缘信息稳定
该算法首先利用空间距离计算高斯分布权系数
高频噪声的平滑系数为
d
i
j
k
l
=
-
i
-
k
+
j
-
l
σ
d
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
同时
利用空间域的差值显著性对平滑系数结果进行加权组合
形成局部保边因子
r
i
j
k
l
=
-
f
i
j
-
f
k
l
σ
r
æ
è
ç
ö
ø
÷
通过组合像素的邻域空间信息和局部差值信息
输出滤波计算公式
w
i
j
k
l
=
-
i
-
k
+
j
-
l
σ
d
-
f
i
j
-
f
k
l
σ
r
é
ë
ê
ê
ù
û
ú
ú
式中
i
j
为待处理的像素坐标
k
l
为距中心像素的横向和纵向 像素距离
σ
d
和
σ
r
为用于空间 平滑和差值 显
著性增强的高斯标准差
图
所示为典型海天背景下的
个典型案例的滤波结果
其中
经验参数设置为
原始图片尺寸为
滤波窗口为
σ
r
.
σ
d
.
图
给出了经典的边缘检测算子的边缘提取结果
通过对比可以发现
经过双边滤 波处理之后
大量的
高频噪声边缘信息被滤除
保证了海天线的边缘稳定
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weixin_38714162
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