[发明专利]一种基于卫星序列图像的运动舰船检测与跟踪方法

说明书

本发明涉及一种基于卫星序列图像的运动舰船检测与跟踪方法，属于视频卫星图像处理技术。本发明的步骤如下：不断获取包括运动舰船的卫星序列图像，输入相邻两帧图像；对两帧图像进行图像配准；计算两帧图像的差值图像并计算差值图像的多尺度显著图；基于显著图提取二值化前景图像之后，根据背景与舰船区域的灰度差异分别在两帧图像中提取运动舰船区域；将两帧图像中的运动舰船区域进行匹配，得到运动舰船匹配对；以每三帧图像的中间帧为关联帧，对运动舰船进行关联，从而实现舰船跟踪。本发明方法充分利用差值图像的多尺度显著图，避免了差分图像存在的目标空洞、细小轮廓多等问题；以每相邻两帧图像进行舰船匹配、每三帧图像的中间帧为关联帧实现舰船的跟踪。

技术领域

本发明涉及一种基于卫星序列图像的运动舰船检测与跟踪方法，属于视频卫星图像处理技术。

背景技术

我国具有辽阔的海岸线，海洋面积广阔，舰船是海上重要的运输工具和军事目标，对相关海洋区域舰船目标进行监视与跟踪具有重要的现实意义。在民用领域，可以监控一些重要港口或海域，在海洋安全、海事管理、海洋交通管制、非法走私、非法捕鱼等应用前景广阔。在军事领域，舰船目标检测与跟踪技术在海洋侦查、监视领域具有重要的地位，可以监视重要港口或海域的舰船动态，分析舰船的位置、航向及航速，识别舰船类别等。

目前，常用的地基舰船跟踪手段，主要通过安装在海面浮漂上的数字摄像机来检测与跟踪海上舰船目标，但是这种方式覆盖范围小、隐蔽性极差等缺点使其在海洋舰船检测与跟踪方面的应用受限。而遥感技术实现了远距离和非接触的目标探测能力，具有侦查范围广、不受地面和空中条件限制、隐蔽性强、信息获取及时等优点。

随着遥感技术的发展，利用遥感图像进行舰船目标检测或跟踪成为可能。研究人员主要利用SAR和光学静态遥感图像开展舰船检测方法研究。对于SAR图像舰船目标检测与识别，主要是利用舰船目标与水体之间不同的电磁散射特性在SAR图像上所表现出的差异。相比于SAR图像数据，光学遥感图像舰船目标检测研究起步晚一些，但是，随着光学卫星分辨率的不断提高，利用光学静态图像舰船检测的研究不断增多。海陆背景下的舰船目标检测主要包括海陆分离、舰船目标检测、舰船目标分类等。但是，无论是SAR遥感图像还是光学静态遥感图像，只能实现基于单幅图像的舰船检测，对于舰船的运动信息无能为力。

近年来，随着高分辨率视频卫星系统的出现，特别是2013年1m分辨率的Skybox卫星的成功应用，我国也特别重视视频卫星的发展，分别于2015年和2017年发射了吉林一号和欧比特视频卫星，因此，利用卫星跟踪与监视大范围海域的运动舰船也将成为可能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于卫星序列图像的运动舰船检测与跟踪方法，其优点在于实现卫星监视海域的多运动舰船目标的检测与跟踪，可有效获取多个运动舰船轨迹、航速、航向等动态信息。

本发明的技术解决方案是：

一种基于卫星序列图像的运动舰船检测与跟踪方法，该方法的步骤包括：

S1、通过卫星不断获取包括运动舰船的卫星序列图像，获取的卫星序列图像中，第t-1帧图像表示为I_t-1，第t帧图像表示为I_t，其中，t为大于等于2的正整数；

S2、以步骤S1中的第t-1帧图像I_t-1为参考图像，以第t帧图像I_t为待配准图像，采用基于金字塔的最小二乘匹配方法计算I_t-1和I_t间的仿射变换矩阵，依据得到的仿射变换矩阵对I_t进行变换得到配准后的第t帧图像

所述的采用基于金字塔的最小二乘匹配方法计算I_t-1和I_t间的仿射变换矩阵，依据得到的仿射变换矩阵对I_t进行变换得到配准后的第t帧图像的方法如下：