[科普中国]-舰船目标检测

简介

海战场作为现代战争的主要作战区域之一，在战斗中其态势瞬息万变。海上舰船目标作为海上监测和战时打击的重点目标，能否快速准确地识别海战场舰船目标的战术意图，为指挥员决策提供支持，极大地关系到战斗成败。判断舰船的战斗意图是以其能够被精确检测与识别为基础的，只有准确地检测并识别了海战场所关注的重点舰船目标，才能对其战术意图做出准确的分析与预测，从而辅助指挥员做出正确的决策。现代海上战争中，舰船目标作为海战场上重点的海上目标，不同类型的舰船目标在进行打击时实施打击的方式是不同的。为了精确地完成打击任务，目标的识别是关键问题。1

现代的海战场是在一个高度信息化的战场，为获取战场信息，大量的传感器应用其中。传统的传感器网络是由飞机和舰艇的雷达/光电探测、潜艇的声纳和地面/海上的侦察监视等装置组成，而这些类型的传感器这些都是非成像传感器，通过这些类型的传感器信息检测识别得到的结果往往只表示出目标的距离、方位、类型（如水面、水下、空中），难以对目标的种类（如航母、护卫舰、驱逐舰、巡洋舰、民船）进行直观识别。随着卫星遥感技术的进步，具有高空间分辨率的卫星可以为海域及舰船目标的侦查、监视提供优质的数据源，使得舰船目标检测与识别可以获得更加丰富与准确的信息。1

近年来，利用SAR图像进行海洋目标检测与监视的研究在海洋遥感领域得到高度重视，成为SAR数据最重要的海洋应用之一。目前国际上已经发展了众多的星载SAR、机载SAR，获得了越来越多的SAR图像数据。当海量的SAR图像用于海洋目标检测时，为及时有效地发现和提取目标信息，需要开展自动检测算法及检测系统方面的研究。利用SAR的遥感观测范围广、观测周期短、数据时效强、空间分辨率高、全天候和全天时等优点，针对SAR图像进行舰船的检测、监视，分析舰船的位置、面积、航向及航速等重要参数，是在不同气象条件下监测海洋目标的自动化手段。2

我国领海广阔，海洋资源丰富，开展SAR图像舰船目标检测的研究具有重要意义，在监视海运交通、维护海洋权益、提高海防预警能力等方面有着广阔的应用前景，可用于对特定海域、海湾和港口的水运交通、遇难船只救助、非法捕鱼、非法走私、舰船非法倾倒油污等方面的监测和管理。2

船舰目标检测系统国际上目前开发的几种舰船目标检测系统都可以近实时工作，系统大部分是欧洲开发的，可见欧洲近年来在舰船同标检测研究方面的飞速发展，同时也说明SAR图像舰船日标检测已经逐步走向成熟。2

加拿大OMW系统在加拿大遥感中心（CCRS）、渔业与海洋部（DFO）、加拿大海岸警卫队（CCG）、国防部（DFD）和加拿大审问局（CSA）的经费和技术支持下，在海洋学者、计算机科学家和图像分析员共同努力下，加拿大Satlantic公司成功地开发了针对RADARSAT卫星的海洋监视工作站OMW（Ocean Monitoring Workstation），包括舰船检测模块、油膜检测模块、海洋波谱模块、海洋风模块、海况分析模块等。OMW使用K一分布检测算法，目前已经成为商用软件。2

有关OMW的信息可以在Satlantic公司（http://www.satlantic.com）或加拿大国家遥感中心（http://www.ccrs.nrcan.gc.ca）的网站进行查询。Vachon等人指出目前的研究重点放在降低OMW虚警率以及修改算法以适应全极化数据的应用上。2

英国国防研究实验室MaST系统MaST（Automated Maritime Surveillance Tool）是由英国国防研究机构DERA下属的国防研究实验室QinetiQ开发的SAR图像海洋特征检测软件系统。MaST针对ERS一1、ERS一2、RADARSAT一1等SAR图像进行舰船检测、油膜检测和海浪向量分析等操作，并可近实时地给出分析结果。2

欧洲联合研究中心SUMO系统欧洲联合研究中心JRC（Joint Research Centre）开发了SUMO系统。在该系统中，对于监视海域中的注册渔船，临控中心通过接收渔船定时发送的位置信息进行监控。而对于非注册渔船，监控中心则利用SUMO算法检测SAR图像中的舰船目标实现监控。SUMO系统主要针对RADARSAT一1和ENVISAT—ASAR遥感数据。2

挪威防御研究机构NDRE系统1996年Eldhuset描述了挪威防御研究机构NDRE（Norwegian Defence Research Estab—lishment）开发的舰船目标检测系统（Eldhuset 1996），系统采用数字地形模型屏蔽SAR冈像中陆地区域，先进行舰船目标检测，然后再在舰船目标附近进行尾迹检测。2

挪威KSAT系统前身足挪威空问局的KSAT（Kongsberg Satellite Services）公司，针对其自身具有地面站的优势，开发的海洋处理系统可以对检测目标及其尾迹进行检测。2

法国CLS系统法国CLS（Collect Loealisation Satellite）公司开发软件对RADARSAT和ENVISAT图像进行自动处理和分析，将检测的目标与记录的船舶位置进行比较，用以锁定非法打鱼的舰船目标。CLS系统每天可以自动生成4次船舶报告，每次报告都在卫星过境后的2个小时之内完成。2

法国SARTool系统法国Boost—Technologies公司开发了SARTool系统，用于SAR海洋与海岸应用。其中舰船检测功能针对ENVISAT ASAR或ERS图像，该系统可以同时检测舰船目标及其尾迹。2

中国ShipSurveiIlance系统中国科学院电子学研究所微波成像技术国家重点实验室在实验室基金资助下，于2003年成功地开发了SAR图像舰船目标及其尾迹检测系统shipsurveillance。该系统具有海岸线检测功能，针对不同分辨率图像使用不同目标检测算法，并且具有舰船尾迹端点坐标反演功能。2

检测方法基于港口的先验信息优点：可以利用图像区域的先验信息；

缺点：不适用于图像区域信息缺失或发生较大变化的情况。1

基于灰度统计优点：计算简单，适用于纹理均匀的图像；

缺点：图像区域情况复杂时效果较差。1

基于边缘信息优点：图像中目标与背景区域差异较大时，算法效果比较好；

缺点：图像区域情况复杂时效果较差。1

基于分形模型和模糊理论优点：利用目标与背景之间分形特征的差异；

缺点：图像区域情况复杂时效果较差。1

基于视觉感知机理优点：模拟人类视觉感知机制；

缺点：视觉显著性特征的选择及视觉显著性图像的自适应分析与提取较难。1