[发明专利]一种基于顶帽变换和Radon变换的船只尾迹检测方法

说明书

本发明公开了一种基于顶帽变换和Radon变换的船只尾迹检测方法，所述方法包括：获取原始图像，基于顶帽变换对原始图像进行处理，得到对比度提升的图像；将对比度提升的图像进行Radon变换，提取峰值点，获取尾迹位置信息，并在图像中标记尾迹。本发明的方法对亮尾迹及暗尾迹均有对比度提升效果，并且可以将暗尾迹的暗线特征转为亮线特征；将对比度提升后的图像进行Radon变换，其Radon变换域中峰值点得到凸显，从而提高了对船只尾迹的检测性能；本发明的方法可应用于天宫二号宽刈幅三维成像微波高度计图像中船只尾迹检测。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体涉及一种基于顶帽变换和Radon变换的船只尾迹检测方法。

背景技术

天宫二号微波高度计(Tiangong-2 interferometric imaging radaraltimeter,InIRA)是国际上第一个可以同时实现宽刈幅海面高度测量和进行三维成像以及二维成像的微波高度计，不同于普通的合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)大入射角的特点，其入射角为1°至8°(参考文献[1]:Y.Zhang et al.,“Demonstration ofocean target detection by Tiangong-2 interferometric imaging radaraltimeter,”MIKON 2018-22nd Int.Microw.Radar Conf.,no.2,pp.261–264,2018.)。在InIRA图像中，可以观测到大量的船只尾迹，而检测船只尾迹可以定位船只位置，获取航向，推算航速等，对海域监管起着重大的作用。

船只尾迹为船只在水面驶过后留下的痕迹，在InIRA图像中表现为暗线或者亮线，因此可以用Radon变换进行尾迹检测(参考文献[2]:J.Radon,“On the determination offunctions from their integral values along certain manifolds,”IEEE T MedImaging,vol.5,no.4,pp.170-176,Dec 1986)。Radon变换是将原图沿不同方向的直线进行积分得到的，其定义为：

其中ρ为图像中心点，即原点到待检测直线的距离，θ为待检测直线的垂线与x轴的夹角，f(x,y)为图像中坐标为(x,y)的点的像素值。对图像中所有可能的(ρ,θ)遍历，即可得到Radon变换域。若图像域中有亮线，那么Radon变换域中会有对应的峰值点；若图像域中有暗线，那么Radon变换域中会有对应的谷值点。因此，检测图像域中的尾迹即可转化为检测Radon变换域中的峰值点或谷值点。

但是，真实的InIRA图像中，尾迹与背景的对比度往往很低，在高海况的情况下，背景灰度值分布不均匀，明暗变化强烈，尾迹对应的峰值点或者谷值点难以在Radon变换域中获取。因此，若要提升检测效果，可以从两个方面进行改进：一个是改进Radon变换或者对Radon变换域进行操作，以获取尾迹对应的峰值点或谷值点；或者是对原图像进行操作，以抑制噪声，提高尾迹和背景的对比度。但是，对Radon变换改进或对Radon变换域进行操作并不是在根本上解决问题，效果难以令人满意，如使用局部Radon变换(参考文献[3]:Copeland A C,Ravichandran G,Trivedi M M.Localized Radon transform-baseddetection of ship wakes in SAR images[J].IEEE Transactions on Geoscience andRemote Sensing,1995,33(1):0-45.)，虽然能解决Radon变换全局性的缺点，但还是会受到背景的干扰；也有在Radon变换域中进行数学形态学操作的(参考文献[3]:王世庆,金亚秋.SAR图像船行尾迹检测的Radon变换和形态学图像处理技术[J].遥感学报,2001,5(4).)；但是当背景与尾迹对比度低时，也难以获取准确的检测结果。因此，若要从根本上提升检测准确度，就要提升尾迹和背景的对比度，使尾迹和背景更易区分开。

发明内容