1、第 卷 第 期（总 第 期）年 月火 控 雷 达 技 术.（）.收 稿 日 期：作 者 简 介：杨 龙 顺（），男，硕 士 研 究 生。研 究 方 向 为 图 像 识 别 技 术。一 种 图 像 舰 船 目 标 旁 瓣 去 除 方 法杨 龙 顺 郭 鹏 程 王 晶 晶 冯 超（西 安 电 子 工 程 研 究 所 西 安）摘 要：图 像 舰 船 目 标 的 几 何 结 构 参 数 对 于 图 像 舰 船 目 标 识 别 具 有 重 要 意 义，然 而 由 于实 际 获 取 的 图 像 中 舰 船 存 在 旁 瓣 干 扰，导 致 提 取 的 舰 船 几 何 结 构 参 数 和 真 实 值 相 距
2、甚 远。本文 提 出 一 种 基 于 距 离 约 束 的 图 像 舰 船 目 标 旁 瓣 去 除 方 法，提 出 方 法 首 先 基 于 矩 技 术 对 目 标 方位 角 进 行 估 计；然 后 利 用 获 取 的 方 位 角 将 目 标 旋 转 至 水 平 方 向 并 提 取 目 标 主 轴；最 后 通 过 比 较 舰 船两 侧 到 主 轴 的 最 大 距 离 和 平 均 距 离 对 目 标 图 像 进 行 迭 代，实 现 目 标 旁 瓣 去 除。基 于 弹 载 和 星 载 图 像 舰 船 目 标 切 片 数 据 的 实 验 结 果 表 明，提 出 的 方 法 能 够 有 效 去 除 旁 瓣
3、 杂 波，进 而 有 利 于 获取 精 确 的 舰 船 几 何 结 构 特 征。关 键 词：；旁 瓣；结 构 特 征；检 测；变 换中 图 分 类 号：文 献 标 志 码：文 章 编 号：（）引 用 格 式：杨 龙 顺，郭 鹏 程，王 晶 晶，冯 超.一 种 图 像 舰 船 目 标 旁 瓣 去 除 方 法.火 控 雷 达 技术，（）：.：.，（，）：.，.，.，.，.，.，.：；引 言合 成 孔 径 雷 达（，）是 一 种 主 动 式 微 波 成 像 传 感 器，具 有 不 受 光 照 和 气候 约 束 的 优 点，可 以 全 天 时、全 天 候 获 取 数 据，在 军事 和 农 业 中 应
4、用 广 泛。海 洋 舰 船 检 测 与 识 别 在 海 上交 通 管 制、海 洋 资 源 保 护 等 方 面 具 有 非 常 重 要 的 作用。在 民 用 方 面，舰 船 目 标 识 别 可 以 帮 助 相 关 部门 进 行 海 面 和 港 口 交 通 规 划，搜 寻 遇 难 船 只；在 军 事火 控 雷 达 技 术 第 卷方 面，舰 船 目 标 识 别 可 以 获 取 敌 方 船 只 信 息，帮 助 海军 提 前 布 防。早 期 雷 达 分 辨 率 较 低，舰 船 目 标 在 图 像 上 表 现 为 几 个 像 素 点，难 以 实 现 对 舰 船 目标 的 识 别。近 十 几 年 来，随 着
5、 新 一 代 高 分 辨 率 系 统 如、的 出 现，获 取 的 图 像 中 舰 船 目 标 的 几 何 结 构 特 征 和 电 磁 散 射特 征 更 加 丰 富，使 得 舰 船 目 标 识 别 成 为 现 实。图 像 舰 船 目 标 识 别 是 在 舰 船 目 标 切 片 上提 取 目 标 特 征，进 而 区 分 目 标 的 类 别 属 性。几 何 结构 特 征 描 述 了 目 标 实 际 尺 寸、形 状 等 信 息，并 且 提 取方 法 简 单，物 理 意 义 明 确，成 为 了 对 舰 船 目 标 初 分 类的 重 要 依 据，得 到 了 广 泛 的 研 究。然 而 拖 尾、旁 瓣 的存
6、 在 导 致 船 舶 的 最 小 外 接 矩 形 提 取 不 准 确，获 取 的几 何 结 构 特 征 与 真 实 值 存 在 误 差，因 此 去 除 旁 瓣 是提 取 几 何 结 构 特 征 不 可 或 缺 的 一 步。为 了 去 除 旁 瓣的 影 响，陈 文 婷 使 用 变 换 对 舰 船 图 像进 行 处 理，将 目 标 主 体 区 域 选 择 问 题 转 换 成 域中 的 最 大 峰 值 区 域 检 测 问 题，去 除 了 旁 瓣 影 响，再 对目 标 的 几 何 结 构 特 征 精 确 提 取，然 而 变 换 的最 大 峰 值 区 域 难 以 准 确 提 取。张 宏 首 先 估 计
7、舰船 方 向，再 利 用 逐 步 逼 近 法 去 除 旁 瓣，最 后 提 取 目 标几 何 结 构 特 征，该 方 法 在 图 像 中 旁 瓣 较 小 时 效果 好，但 是 当 旁 瓣 较 大 时，逐 步 逼 近 法 无 法 去 除 旁 瓣的 影 响。吴 凡 使 用 积 分 的 方 式 在 距 离 向 和 方 位向 上 寻 找 旁 瓣，同 时 认 为 旁 瓣 宽 度 为 个 像 素，因 此 采 用 局 部 均 值 滤 波 算 法 消 除 旁 瓣，但 是 旁 瓣 的形 式 多 种 多 样，在 很 多 情 况 下 并 不 是 严 格 沿 着 距 离维 和 方 位 维 方 向，同 时 图 像 分 辨
8、 率 较 高 时，旁瓣 的 宽 度 可 达 十 几 个 像 素，在 这 些 情 况 下，此 方 法 会失 效。牛 蕾 认 为 旁 瓣 能 量 低 于 舰 船 目 标 整 体 区域 能 量 均 值，因 此 提 出 一 种 两 次 检 测 的 去 旁 瓣 算 法，在 两 次 检 测 出 的 外 接 矩 形 区 域 内，根 据 旁 瓣 特 性 进行 统 计 分 析，删 除 疑 似 旁 瓣 区 域。但 是 在 实 际 图 像 中，离 舰 船 较 近 的 区 域，旁 瓣 能 量 与 舰 船 能 量 相当，因 此 在 二 次 检 测 时，可 能 会 将 旁 瓣 误 判 为 目 标 强散 射 点，使 得 去
9、 旁 瓣 效 果 差。针 对 当 前 舰 船 目 标 由 于 旁 瓣 影 响 导 致 特征 提 取 不 准 确 的 问 题，本 文 结 合 图 像 中 舰 船 旁瓣 像 素 点 距 主 轴 距 离 相 较 于 舰 船 主 体 距 主 轴 距 离 更大 的 特 点，提 出 了 一 种 基 于 舰 船 像 素 距 主 轴 距 离 约束 的 旁 瓣 去 除 方 法。提 出 方 法 首 先 将 舰 船 目 标 旋 转至 水 平 方 向 并 提 取 目 标 主 轴，然 后 利 用 舰 船 两 侧 像素 到 主 轴 最 大 距 离 与 平 均 距 离 的 相 对 关 系 逐 步 迭 代去 除 目 标 旁
10、瓣。实 验 结 果 表 明 提 出 方 法 能 够 在 保 留舰 船 主 体 区 域 的 同 时 有 效 去 除 旁 瓣。舰 船 图 像 特 性 分 析当 舰 船 在 海 面 上 航 行 时，舰 船 速 度 可 以 沿 着 距离 维 和 方 位 维 进 行 分 解，在 方 位 维 上 的 分 量 会 对 舰船 的 成 像 结 果 产 生 几 何 失 真，在 实 际 的 图 像 中表 现 为 舰 船 上 方 位 向 附 近 存 在 强 散 射 区 域，即 拖 尾现 象。同 时，由 于 舰 船 强 散 射 结 构 的 特 点，当 舰船 中 某 一 结 构 后 向 散 射 较 为 强 烈 时，会 抑
11、 制 周 围 弱散 射 目 标，在 图 像 中 产 生 十 字 交 叉 的 白 色 亮斑，这 种 现 象 称 为 旁 瓣 效 应。如 图 所 示，旁 瓣 现象 存 在 时，检 测 得 到 的 目 标 区 域 相 对 于 舰 船 主 体 区域 外 延，导 致 舰 船 轮 廓（最 小 外 接 矩 形）提 取 相 比 于其 真 实 值 变 宽 变 长，严 重 影 响 目 标 识 别 性 能。图“旁 瓣”现 象 示 意 图海 上 舰 船 尺 寸 较 大，并 且 大 都 呈 现 首 尖 尾 方 的细 长 形 状，船 体 边 缘 到 舰 船 主 轴 的 距 离 近 似 不 变，在 图 像 中 表 现 为
12、近 似 对 称 的 长 方 形。旁 瓣 存 在的 情 况 下，舰 船 轮 廓 发 生 畸 变，旁 瓣 处 舰 船 两 侧 像 素到 主 轴 的 距 离 明 显 变 大。统 计 旋 转 至 水 平 方 向 的 舰船 二 值 图 像 每 一 列 中 上 侧 最 远 目 标 像 素 到 主 轴 的 距离，其 分 布 如 图 所 示，图（）是 旋 转 后 的 二 值 图，图（）是 图（）中 上 侧 舰 船 像 素 到 主 轴 的 距 离 分布 图，图（）中 横 坐 标 表 示 舰 船 上 侧 最 远 目 标 像 素到 主 轴 的 距 离，纵 坐 标 表 示 出 现 的 频 数。舰 船 两 侧到 主 轴
13、 的 距 离 呈 现 出“中 间 高 两 边 低”的 分 布，到 主轴 的 距 离 较 小 的 单 元 中 一 部 分 是 由 于 舰 船 船 头 尖 的特 性 导 致 检 测 后 距 离 小，另 一 部 分 是 由 于 舰 船 某 些区 域 散 射 强 度 较 低，未 能 在 二 值 图 像 中 显 示，因 此 计算 后 的 距 离 小；而 右 侧 距 离 值 大 的 部 分 则 是 由 于 旁瓣 的 存 在 导 致 的。从 图 中 可 以 看 出，舰 船 两 侧 到 主轴 的 真 实 距 离 位 于 出 现 频 率 高 的 距 离 区 间 内。根 据这 种 分 布 特 性，可 以 利 用
14、中 间 部 分 的 平 均 距 离 和 最 大距 离 的 关 系 迭 代 去 除 旁 瓣，从 而 估 计 舰 船 真 实 宽 度。第 期 杨 龙 顺 等：一 种 图 像 舰 船 目 标 旁 瓣 去 除 方 法图 二 值 图 与 分 布 图 舰 船 图 像 旁 瓣 去 除 流 程根 据 前 述 舰 船 目 标 图 像 中 旁 瓣 的 特 性，本文 提 出 的 去 旁 瓣 算 法 流 程 如 图 所 示。图 旁 瓣 去 除 流 程具 体 步 骤 如 下 详 解。.切 片 预 处 理首 先 对 原 始 图 像 切 片 进 行 检 测，检 测 得 到 二 值 图 像，二 值 图 像 中 目 标 区 域 值 为，其余 区 域 为。得 到 的 二 值 图 像 中 舰 船 目 标 中 有 小 的杂 波 区 域，通 过 求 取 连 通 区 域 的 面 积，限 定 最 小 连 通区 域 大 小 将 面 积 较 小 的 区 域 进 行 去 除。利 用 二 值 图像 对 原 始 切 片 进 行 掩 膜 处 理，得 到 目 标 区 域 图 像。预 处 理 的 结 果 如 图 所 示。图 原 始 图 像 及 预 处 理 结 果
