一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法

本发明涉及光学遥感影像处理，具体涉及一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法。

背景技术：

1、船只作为人类在海域活动的最主要载体，也是遥感对海观测应用中的重要目标，在民用和军事领域都发挥着至关重要的作用。因此，快速、准确地从遥感影像中提取船只目标，对船只检测、识别等研究具有重要意义。通过分割进行船只目标和海洋背景的分离，提取船只区域是船只检测中的重要方法。

2、近年来，卫星遥感技术飞速发展，在对地、对海观测等各种领域中得到广泛应用。光学遥感具有成像直观易解读、高空间分辨率、细节信息丰富等优点，是船只分割的主要数据源。基于大场景光学遥感影像船只分割精度易受光照不均、云雾以及海面区波浪等问题影响。目前常用图像二值化分割方法对于遥感影像的分割往往存在云层影响难以抑制、不均影像中较亮区域的影响难以抑制和较暗区域目标丢失等问题，因此分割效果不理想。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，该方法能够有效抑制光照不均、云层以及海面波浪的影响，同时能够有效分割出较小的船只目标，实现海面船只目标的准确分割。

2、本发明采用以下的技术方案：

3、一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，包括以下步骤：（1）选取含有船只目标的光学卫星影像并进行预处理，将预处理后的遥感影像变换到频率域，在频率域中使用滤波器进行增强，减少入射分量增加反射分量以增强影像的细节信息，得到增强后的影像。

4、进一步地，步骤（1）具体步骤如下：（1.1）将影像在处的灰度值表示为照射分量和反射分量的乘积，公式如下：。

5、（1.2）两边取对数，公式如下：。

6、（1.3）对（1.2）中两边进行傅里叶变换得到影像频率域表达式，表达式如下：；其中{}为傅里叶变换，为频率域下影像的照射分量，为频率域下影像的反射分量，为频率域下像素坐标。

7、（1.4）使用滤波器进行滤波增强处理，得到滤波后的频域影像，公式如下：。其中，滤波器为：。其中，为高频增益参数，为低频增益参数，为截止频率，为锐化系数。

8、（1.5）对滤波处理后的结果进行傅里叶逆变换，得到滤波增强后的影像：；其中，为傅里叶逆变换。

9、（2）对滤波增强影像进行顶帽变换，提取影像的明、暗区域，通过增强影像明、暗区域的对比度来进一步增强影像，抑制云雾造成的影响，优化影像分割结果，变换公式：；其中，为对进行开运算的图形滤波结构算子，为图形开运算符。

10、（3）对顶帽变换后的影像进行二值化分割，计算灰度阈值、，进行二值化分割，将影像划分为前景和背景，设置前景像素值为255，背景像素值为0。

11、进一步地，步骤（3）中的对影像进行二值化分割，具体步骤如下：（3.1）计算影像中各灰度级在影像中出现的概率，公式如下：；其中，为灰度值为的像素数，为影像像素总数，l为影像灰度级。

12、（3.2）计算整幅影像的灰度平均值，公式如下：。

13、（3.3）设置两个初始灰度阈值、，将全部灰度值分为、、，计算出现的概率、灰度平均值，出现的概率、灰度平均值，出现的概率、灰度平均值，其公式如下：；；；；；。

14、（3.4）设置两个初始灰度阈值、，遍历所有灰度级，计算最大类间方差，当取得最大值时，即可得到两个初步阈值、，其公式如下：。

15、（3.5）调整阈值，统计影像中灰度值小于的像素数量，将阈值进行迭代调整，统计灰度值小于调整后的像素数量，并计算变化率，当<0.03时，停止迭代，得到最终阈值，调整方法、计算公式如下：；。

16、（3.6）使用最终阈值对影像进行初步二值化分割，将类和类都分割为背景区域，类分割为前景区域，得到分割结果。

17、进一步地，分割公式如下：。

18、（4）对分割结果进行去除离散的小斑点区域处理，根据影像空间分辨率特征，删除影像中面积小于最小船只目标面积的斑点，消除云雾以及水面反射强光造成的在分割过程中未能正确分类的高亮噪声点。

19、（5）进行孔洞填充操作，将连通域内的背景区域填充为前景，去除陆地上植被区域被分割为背景的区域。

20、（6）扩充影像边界，将影像四周填充宽度为50个像素且值为0的边界区域，然后进行形态学的膨胀和腐蚀，保持船只目标完整分割，以及保证位于边界除的目标能被正确保留。

21、（7）去除扩充边界，输出最终二值化分割结果。

22、本发明具有的有益效果是：

23、本发明提出一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，该方法具有简单有效、易于实现等优点，能够有效抑制光照不均条件的影响、云层的影响以及海面波浪的影响，同时能够有效分割出较小的船只目标，实现海面船只目标的准确分割。

技术特征：

1.一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，其特征在于，步骤（1）的具体实施步骤为：

3.根据权利要求1所述的一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，其特征在于，步骤（3）中的对影像进行二值化分割，具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，其特征在于，分割公式如下：

技术总结
本发明涉及光学遥感影像处理领域，公开了一种适用于大场景光学遥感影像的海面船只目标分割方法，其步骤包括：选取含有船只目标的光学卫星影像并进行预处理，将预处理后的遥感影像变换到频率域，使用频率域滤波对遥感影像进行增强；对增强后的影像进行顶帽变换；再对影像进行二值化分割；对分割结果进行去除离散的小斑点区域处理，进行孔洞填充操作，扩充影像边界，去除扩充边界，将分割后的影像进行形态学的修正，得到最终分割结果。本发明提出的方法适用于大场景光学遥感影像，具有简单有效、易于实现等优点，能够有效抑制光照不均条件的影响、云层的影响以及海面波浪的影响，同时能够有效分割出较小的船只目标，实现海面船只目标的准确分割。

技术研发人员：卜玺,宋莎莎,张庆范,安伟,刘善伟,何源首,李建伟,靳卫卫
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16