本發(fā)明涉及圖像處理，特別是涉及一種基于艦船尾跡識別的遙感影像運(yùn)動艦船跟蹤方法。

背景技術(shù)：

1、海上艦船監(jiān)視監(jiān)測是海洋監(jiān)測的重要任務(wù)之一，對于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、海域使用管理、海洋權(quán)益維護(hù)都具有重要意義。衛(wèi)星遙感技術(shù)是海上艦船監(jiān)視監(jiān)測的重要手段。其中，高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星能夠在長時間內(nèi)對大范圍海域進(jìn)行高頻重復(fù)監(jiān)測，近實(shí)時地獲取海上艦船的動態(tài)變化過程，因而較之于低軌道遙感衛(wèi)星，在海上艦船監(jiān)視監(jiān)測方面具有獨(dú)特優(yōu)勢和巨大的潛力。

2、靜止軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星軌道高度高、成像距離遠(yuǎn)，加之大氣衰減和云霧遮擋，船舶目標(biāo)一般比較弱小不易檢測，也使得其對于艦船所成的像細(xì)節(jié)不足，海面艦船在影像上表現(xiàn)十分模糊，但是艦船的船身與其尾部形成的尾跡在影像上一同形成了長梭形的模糊影像，經(jīng)過圖像處理后可顯現(xiàn)出顯著的紋理特征。因此，針對同一區(qū)域內(nèi)多目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)無云或碎云條件下艦船的長時間持續(xù)監(jiān)測成為了研究的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于艦船尾跡識別的遙感影像運(yùn)動艦船跟蹤方法，解決了基于靜止軌道衛(wèi)星的艦船的長時間序列的監(jiān)測和跟蹤問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于艦船尾跡識別的遙感影像運(yùn)動艦船跟蹤方法，包括：

3、獲取同一區(qū)域內(nèi)待監(jiān)測目標(biāo)的點(diǎn)位信息，包括時間、位置和航向；

4、根據(jù)獲取的點(diǎn)位信息，確定成像模式和成像間隔，并進(jìn)行持續(xù)衛(wèi)星成像，得到多景原始數(shù)據(jù)；

5、對多景原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品處理，得到多景1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品；

6、以第一景1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品作為基礎(chǔ)影像，其余1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品作為待配準(zhǔn)影像，對得到的多景1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品進(jìn)行影像配準(zhǔn)，并輸出配準(zhǔn)后的1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品；

7、增加配準(zhǔn)后1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的圖像對比度和增強(qiáng)圖像紋理信息，獲得紋理判別圖像；

8、跟據(jù)紋理判別圖像中的紋理信息，判斷圖像紋理是否符合表面波或湍流尾跡的特征，若符合，則標(biāo)注艦船目標(biāo)的點(diǎn)位，否則不進(jìn)行標(biāo)注；

9、根據(jù)標(biāo)注的點(diǎn)位獲取艦船的經(jīng)緯度坐標(biāo)，并將不同圖像紋理信息標(biāo)注的同一目標(biāo)的位置相連，形成艦船目標(biāo)的運(yùn)動軌跡；根據(jù)不同位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)計(jì)算航速、航向信息，完成對艦船目標(biāo)的持續(xù)跟蹤。

10、所述獲取同一區(qū)域內(nèi)待監(jiān)測目標(biāo)的點(diǎn)位信息，包括：

11、根據(jù)艦船目標(biāo)的船名、呼號等明確信息，通過船舶自動識別系統(tǒng)獲取時間、待監(jiān)測艦船的經(jīng)度、緯度和航向等點(diǎn)位信息。

12、所述根據(jù)獲取的點(diǎn)位信息，確定成像模式和成像間隔，并進(jìn)行持續(xù)衛(wèi)星成像，得到多景原始數(shù)據(jù)；包括：

13、成像模式包括凝視成像模式、區(qū)域成像模式和機(jī)動巡查模式；對已知目標(biāo)進(jìn)行成像時，采用凝視模式，即保持衛(wèi)星姿態(tài)指向，對已知位置進(jìn)行短時持續(xù)成像；成像時采用可見光譜段的單譜段成像，共計(jì)5種譜段；可見光成像工作時長不超過8小時，開關(guān)機(jī)次數(shù)不超過12次；成像間隔設(shè)置為5至10min。

14、所述5種譜段包括0.45μm～0.90μm、0.45μm～0.52μm、0.52μm～0.60μm、0.63μm～0.69μm、0.76μm～0.90μm。

15、所述對多景原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品處理，得到多景1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，包括：由衛(wèi)星地面站接收衛(wèi)星下傳的原始數(shù)據(jù)，并傳輸給地面數(shù)據(jù)處理中心，由地面處理系統(tǒng)對接收的原始數(shù)據(jù)依次進(jìn)行錄入、分景、輔助數(shù)據(jù)處理、輻射校正、系統(tǒng)幾何校正處理，生成1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

16、所述進(jìn)行影像配準(zhǔn)，輸出配準(zhǔn)結(jié)果，包括：選取第一景1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品和待配準(zhǔn)1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中的相同陸地、海島、礁石等地物作為特征點(diǎn)對集，采用多項(xiàng)式變化對待配準(zhǔn)影像進(jìn)行變換，變化后得到配準(zhǔn)后的1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。

17、所述通過增加圖像對比度和增強(qiáng)圖像紋理信息，獲取目視判別圖像，包括：

18、根據(jù)1a級標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的像素灰度值計(jì)算得到對比度增強(qiáng)后的圖像像素灰度值：

19、nnew＝naverage+(n-naverage)*(1+k)

20、式中，nnew表示經(jīng)對比增強(qiáng)后的像素灰度值，n表示原圖像的像素灰度值，naverage表示整張圖像的平均像素灰度值，k表示圖像亮度的調(diào)整范圍，取值范圍為[-1,1]；

21、根據(jù)對比度增強(qiáng)后的圖像像素灰度值nnew，計(jì)算得到紋理增強(qiáng)后的目視判別圖像：

22、

23、g(i,j)表示經(jīng)過紋理增強(qiáng)后的目視判別圖像的像素灰度值，a、b分別表示選擇周圍鄰域像素的數(shù)量，對應(yīng)了大小為(2a+1)×(2b+1)大小的濾波器；w(s,t)表示濾波器系數(shù)，f(i+s，j+t)表示nnew中第i行第j列圖像像素灰度值。

24、所述根據(jù)紋理判別圖像中的紋理信息，判斷圖像紋理是否符合表面波或湍流尾跡的特征，包括：

25、運(yùn)動船只的典型尾跡包括表面波和湍流或渦流尾跡兩種表現(xiàn)形式，表面波則分為布拉格波和開爾文尾跡；

26、特征一：布拉格波在紋理圖像上表現(xiàn)為窄“v”型亮線，線長度大于20個像素，夾角小于10°，且v型的頂點(diǎn)為長和寬大小位于1-10像素之間的亮點(diǎn)；

27、特征二：開爾文尾跡在紋理圖像上同樣表現(xiàn)為“v”型亮線，線長度大于20個像素，夾角為39°，且v型的頂點(diǎn)為長和寬大小位于1-10像素之間的亮點(diǎn)；

28、特征三：湍流和渦流尾跡在紋理圖像上表現(xiàn)為單條直線，線長度大于20個像素，其中一個端點(diǎn)為長和寬大小位于1-10像素之間的亮點(diǎn)；

29、若符合上述三種紋理特征之一，則判定為艦船目標(biāo)，并標(biāo)注亮點(diǎn)的重心作為艦船目標(biāo)的點(diǎn)位。

30、所述根據(jù)標(biāo)注的點(diǎn)位獲取艦船的經(jīng)緯度坐標(biāo)，并將不同圖像紋理信息標(biāo)注的同一目標(biāo)的位置相連，形成艦船目標(biāo)的運(yùn)動軌跡，根據(jù)不同位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)計(jì)算航速、航向信息，完成對艦船目標(biāo)的持續(xù)跟蹤，包括：

31、根據(jù)標(biāo)注的點(diǎn)位獲取不同時相遙感圖像艦船位置的經(jīng)緯度，由經(jīng)緯度計(jì)算艦船的航速信息，具體如下：

32、

33、式中，t0、t1表示衛(wèi)星成像的任一兩個不同時間，d表示艦船在t0至t1時刻移動的距離，r表示地球的半徑，latt0、latt1表示t0、t1時刻對應(yīng)艦船的緯度，lont1、lont1表示t0、t1時刻對應(yīng)艦船的經(jīng)度；

34、該t0、t1時間段艦船的航速由成像間隔和航行距離計(jì)算所得，計(jì)算公式如下：

35、

36、式中，v表述艦船的航速，d表示艦船在t0至t1時刻移動的距離，t0與t1的時間差值為成像間隔；

37、根據(jù)標(biāo)注的點(diǎn)位獲取不同時相遙感圖像艦船位置的經(jīng)緯度，由經(jīng)緯度計(jì)算得到艦船的航向信息。

38、根據(jù)標(biāo)注的點(diǎn)位獲取不同時相遙感圖像艦船位置的經(jīng)緯度，由經(jīng)緯度計(jì)算得到艦船的航向信息，包括：

39、將經(jīng)緯度從度轉(zhuǎn)換為弧度，計(jì)算公式如下：

40、

41、式中，latt0、latt1、lont1、lont1表示經(jīng)緯度latt0、latt1、lont1、lont1對應(yīng)的弧度值；

42、y＝sin(lont1-lont0)·cos(latt1)

43、x＝cos(latt0)·sin(latt1)-sin(latt0)·cos(latt1)·cos(lont1-lont0)

44、

45、式中，θ表示艦船的航向角，x、y分別表示t0、t1時刻艦船點(diǎn)位在緯度和經(jīng)度上變化的分量，它們的比值決定了航向角的大小和方向。

46、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

47、相對于低軌遙感衛(wèi)星艦船監(jiān)測，本發(fā)明提供了一種基于高分辨率地球同步軌道遙感衛(wèi)星監(jiān)測艦船的方法，能夠在長時間內(nèi)對大范圍海域進(jìn)行高頻重復(fù)監(jiān)測，相比低軌遙感衛(wèi)星監(jiān)測具有監(jiān)測時間長、監(jiān)測頻次高的優(yōu)勢。

48、針對高軌遙感衛(wèi)星影像中船舶目標(biāo)一般比較弱小不易檢測的問題，本發(fā)明提供了一種通過艦船的船身與其尾部形成的尾跡跟蹤艦船目標(biāo)的方法，通過增加圖像對比度和增強(qiáng)圖像紋理信息，能夠顯著增強(qiáng)艦船目標(biāo)的紋理特征，艦船目標(biāo)的判別精度和效率顯著提升。

49、按照上述方式，在無云和碎云環(huán)境下，可精準(zhǔn)判別運(yùn)動艦船目標(biāo)，同時生成同一區(qū)域內(nèi)多目標(biāo)的連續(xù)運(yùn)動信息，包括位置、航向、航速、航跡等信息，單波段成像模式可以實(shí)現(xiàn)最長8個小時持續(xù)跟蹤和監(jiān)測。