海天线检测算法简述

【摘 要】海天线检测是研究反舰导弹成像制导的关键技术.根据以往文献分析,海天线检测主要分为两种方法,直线拟合法和Hough变化法.对其总结,为以后的工作起到启示的作用.

【关 键 词】海天线；检测；霍夫变换

1.引言

在海上远距离平视下,海上图像一般由三个区域组成：天空区域、海面区域和海天线区域.在红外图像中,天空区域主要由亮度较大的像素组成,海面区域由亮度较暗的区域组成,海天线区域由从亮到暗的过度区域组成.在图像中如果舰船目标出现一定会在海天线区域中.根据以上特点,通过确定海天线区域还检测舰船,可以减少目标检测的计算量,缩短计算时间,同时可以减少海天线以外区域对目标检测的影响.图1是模拟反舰红外制导武器所拍摄的海上目标的红外图像,中间有一条灰度纵向渐变的横带,就是海天线区域.

2.海天线基本知识

2.1海洋环境对海天线检测的影响

1）和海浪对海天线检测的影响,他们在空间成大面积的连续分布,在红外图像中也成像素渐变变化；

2）大气能见度对红外成像会有一定的影响,可能导致海天线不可见；

3）舰船发射的烟幕可能遮住海天线.

2.2海天线的特点

1）海天线区域介于天空和海洋之间,亮度相对于其他两部分变化比较剧烈.灰度在垂直方向上变化交剧烈,在水平方向上变化比较平缓；

2）海天线一般不是一条直线而是一条渐变带.

3.海天线的检测方法

目前海天线检测算法主要根据海天线区域亮度变化较剧烈的特点来进行.按照海天线拟合的角度主要分为两种：1）采用直线拟合的算法；2）采用Hough变换的算法.

3.1采用直线拟合的算法[1]

此算法的步骤如下：

1）用平均滤波法去除图像噪声

领域平均法是一种局部空间域处理的算法,可以有效地消除图像中的噪声.设一幅图像为的阵列,增强后的图像为,它的每个像素的灰度级由包含在邻域的几个像素的灰度级的平均值所决定,即：

其中,S是点邻域中心点坐标的集合,M是S内坐标的总数.

2）图像增强

舰船目标红外图像中背景一般较暗,处于低灰度区域,而目标和干扰较高,处于高灰度区域,为了突出目标区域,相对抑制背景区域,使用指数变换对图像实施对比度扩展.指数变换的一般式为：

其中,a,b,c三个参数用来调整曲线的位置和形状,它可使低灰度范围得以压缩而高灰度得到扩展.

3）在行方向对图像分区.

4）求出每个区域的海天线坐标,求取过程如下：设每个区域的海天线的位置坐标为,每个区域的大小为行列,下面以第个区域为例说明海天线位置的求取过程.

对每一行求平均值：

第块图像的行平均列向量：

5）用最小二乘法拟合海天线,公式如下：

确定N个区域的海天线坐标,根据以上公式可以求出海天线方程,进而可确定海天线区域.

其他文献也采用了相似的算法,如黄英东等采用OUSU分割算法和直线拟合相结合的算法进行海天线检测[2]；算法如下：对红外图像进行OUSU分割,图像去噪,在垂直方向检测海天线,用直线拟合的算法检测海天线.裴继红采用图像梯度与直线拟合相结合的算法进行海天线检测[3]；算法如下：首先求取图像的梯度,用直线拟合的算法进行海天线检测.

3.2基于Hough变换的检测算法[4]

基于Hough变换的海天线检测算法的前提条件是海天线为一直线.采用Hough变换进行海天线检测也是目前比较常用的算法.

此算法的步骤为：

1）图像边缘检测

用简单有效的梯度算子进行边缘检测.对图像的每个像素求取梯度值：

因为海天线是x方向上的,所以只需要求取x方向上的边缘,也就是求图像上各点的梯度值时只求y方向的.根据图像特点,y方向梯度可能为负值,所以对取绝对值,即,所有y方向的梯度值形成梯度图像.

2）二值化

对梯度图像采用边缘阈值策略二值化.在一幅图像中非边缘点数目在总图像像素点数目中占有一定比例对应的比例因子表示为Hratio.根据图像梯度值对应直方图,从低梯度值等级开始逐步累加图像点数目当累加数目,达到图像总像素数目的Hratio时,对应的图像梯度值.

3）细化

二值图像中可能有像素连成一片,影响Hough变换的提取精度和实时性,所以要进行细化.

4）Hough变换

Hough变换的基本思想是点到线的对偶性.图像变换前在图像空间,变换后在参数空间.在图像空间XY中的一条直线y等于px+q（其中,p为斜率,q为截距）对应参数空间PQ中的一个点（p,q）.因此,Hough变换把在图像空间中的直线检测问题转换到参数空间里对点的检测问题.图像空间的一条直线上的点,对应着一个参数空间累加器.并且直线上的每一点引起对应累加器的值增加1.从而在Hough参数空间形成一个与直线对应的局部最大值,通过检测Hough参数空间中的所有局部最大值,就可以找到一组对应的直线.为检测图像中最长的直线,所以检测出参数空间的最大值即可.

其它文献也采用Hough算法进行海天线检测.如吕俊伟等采用分形与Hough变换相结合进行海天线检测[5]；他的主要思想：对图像进行分形变换,在根据求出的分形参数分割图像,细化图像,用Hough变换得到海天线.裴立力等采用小波变换与Hough算法相结合进行海天线检测[6]；他的主要思想：对图像进行小波变换,在大尺度下用Hough变换检测海天线.

4.结论

本文总结了海天线的检测算法,根据海天线拟合算法的不同主要分为：直线拟合法和Hough变换法.检测算法主要步骤为：图像边缘检测,图像去噪,海天线检测和海天线直线拟合.通过对海天线检测算法的总结分析,可以了解反舰导弹的图像捕捉机理,为提出有效的干扰算法打下坚实的理论基础.