[发明专利]一种基于改进主动轮廓模型的全景海天线提取方法

摘要

本发明属于图像处理技术领域，具体涉及的是一种基于改进主动轮廓模型的全景海天线提取方法。(1)设置初始轮廓线；(2)使用Sobel算子计算各像素点梯度值；(3)消除全景设备区干扰；(4)构造改进的主动轮廓模型；(5)通过快速贪婪算法迭代提取海天线。本发明分割出全景设备区干扰等处理手段有效消除了全景设备区成像对海天线检的不良影响；在此基础上利用全景海天线为椭圆形这一特征，构造形状能量约束项加入到主动轮廓模型中作为新的能量函数，使活动轮廓线在收敛的过程中限制了轮廓的形状从而成功收敛到全景海天线上，能够在不同海况和天气条件下实现复杂海天背景下全景可见光图像中椭圆形海天线的精确提取。

主权项

1.一种基于改进主动轮廓模型的全景海天线提取方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)设置初始轮廓线确定相机固定设备和双曲面反射镜固定装置的位置，所采集的全景图像中海天线分布在中心O，半径r的相机固定设备和中心O，半径R的双曲面反射镜固定装置的成像之间，设定以相机固定设备中心O为圆心，半径为R‑Δr的圆为初始轮廓线，其中增量Δr要保证初始轮廓线的半径R‑Δr处于海天线半径和双曲面反射镜固定装置的半径R之间；(2)使用Sobel算子计算各像素点梯度值对全景图像I(x,y)中的每一个像素点利用Sobel算子计算各点在x和y方向上的梯度导数和则全景图像I(x,y)在点(x,y)上的梯度值为：(3)消除全景设备区干扰利用AC显著性计算方法来获得源图像的视觉显著图，并利用视觉显著图得到全景设备区在图像中的位置，进而予以消除，具体步骤为：3.1)像素p是输入图像的一个局部区域R₁和像素p周围区域R₂的中心，且R₁取为一个像素，R₂为边长为之间的正方形区域，计算像素p所在位置的局部对比度：其中：L为图像的长或宽，N₁和N₂是区域R₁和R₂的像素个数，v_k是位置k处的特征值或者特征向量，‖·‖表示欧式距离；3.2)改变中心像素点p的位置，计算每一个像素点的显著值，再对所有像素点的显著值进行归一化处理，得到图像的视觉显著图；3.3)利用最大类方差法分割视觉显著图，得到视觉显著分割图，确定全景设备区成像在图像中的位置；3.4)根据视觉显著分割图中的全景设备区位置，将全景图像中相应位置处点的梯度值设置为0；(4)构造改进的主动轮廓模型根据全景图像中的海天线为椭圆形的特征，构造形状能量函数，加入到主动轮廓模型中，使活动轮廓线在收敛的过程中限制轮廓的形状，具体步骤为：4.1)构造形状能量函数设{v₁,v₂,,…v_n}是主动轮廓线上的n个控制点，E_shape(v_i)为新增加的形状能量函数，形状能量函数构造方法为：对主动轮廓线上的控制点进行最小二乘拟合，得到拟合椭圆方程：ax²+bxy+cy²+dx+ey+f＝04ac‑b²＞0其中：a，b，c，d，e和f分别是椭圆方程的参数；设d_i为主动轮廓线上第i个控制点到该拟合椭圆的距离，即：则形状能量函数E_shape(v_i)为：其中：d_max,i表示主动轮廓线上第i个控制点及其八邻域内的点到拟合椭圆曲线距离的最大值，λ_i为第i个控制点的权系数；4.2)构造图像能量函数海天线是天空区域和海面区域的交界，具有明显的梯度特征，构造如下基于梯度函数的图像能量函数E_ima(v_i)：针对图像I(x,y)，定义I'(x,y)＝G_σ(x,y)*I(x,y)式中G_σ(x,y)表示方差为σ的卷积高斯滤波算子；图像I(x,y)中第i个控制点v_i的坐标为(x_i,y_i)，I'(x,y)在点(x_i,y_i)上沿x，y方向的方向梯度分别为和则定义图像能量E_ima(v_i)为：式中γ_i为第i个控制点的权系数；4.3)构造改进的主动轮廓模型在经典主动轮廓模型中加入形状能量函数后，得到改进主动轮廓模型为：式中：E_snake为第i个控制点v_i处的总能量值；E_ima(v_i)为图像能量，由步骤4.2)计算；E_shape(v_i)为形状能量，由步骤4.1)计算；E_cont(v_i)为弹性能量，E_curv(v_i)为刚性能量，且：E_curv(v_i)＝β_i‖v_i‑1‑2v_i+v_i+1‖²其中：为控制点的平均距离，α_i，β_i为第i个控制点的权系数；(5)通过快速贪婪算法迭代提取海天线，包括下列步骤：5.1)从设置的初始轮廓线上提取n个初始控制点{v₁,v₂,,…v_n}，n的大小由图像的大小决定；5.2)从第一个控制点开始，计算该点及其附近8邻域内点的弹性能量，刚性能量，图像能量和形状能量，并对这四项能量分别进行归一化处理；5.3)利用改进的主动轮廓模型计算第i个控制点及其8邻域内点各自的总能量E_snake，比较第i个控制点及其8邻域内点的总能量E_snake，选择这九个点中总能量最小的点为新的活动控制点，同时设置计数器；当新的控制点和原控制点位置不同时，在该计数器中加1，然后处理第i+1点，直到这n个点依次被处理完，得到了新的轮廓线；5.4)当计数器记录的控制点移动的总数小于给定阈值T或循环次数超过设定值M时，则此时逼近精度满足要求，曲线已经收敛到真实轮廓上，退出循环，否则继续执行步骤5.2)。