结合场景分类的近岸区域SAR舰船目标快速检测方法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像场景通常较大,深层卷积网络用于SAR舰船目标检测时通常需要密集滑窗提取子图像预处理,然后利用目标检测网络直接对子图像进行目标检测,该过程存在大量信息冗余,极大影响了目标检测效率的提升。在近岸区域下陆地场景偏多且场景复杂,针对以上问题,本文提出了一种结合场景分类的近岸区域SAR舰船快速目标检测方法（SC-SSD）,该方法主要包含两个阶段:场景分类阶段和目标检测阶段。它们分别是由场景分类网络(Convolutional Neural Network for Scene Classification, SC-CNN)和目标检测网络(Single Shot Detector, SSD)构成。其中SC-CNN可以快速粗略筛选出可能包含舰船的子图像,然后将筛选出的子图像输入到SSD网络中实现精细化的舰船目标检测。基于高分辨率SAR舰船检测数据集AIR-SARShip-1.0的实验结果表明,提出方法相比于传统舰船检测方法,在保持较高的检测精度的同时,具有明显更快的检测速度。      

基于改进SLIC算法的SAR图像海陆分割

海陆分割在提高SAR图像舰船目标检测精度方面具有十分重要的意义。针对传统算法不能很好地对SAR图像进行海陆分割,提出了基于改进SLIC超像素分割和分层区域合并准则(HSWO)的海陆分割算法。针对SAR图像统计特性,首先对SLIC超像素分割和HSWO算法模型分别进行改进,然后用SLIC超像素分割算法对图像进行超像素分割,并按照分层区域合并准则对超像素块进行聚类,最终实现海陆分割。实验表明,所提出的改进模型具有较高的处理精度和处理效率,相比于其他算法更适用于SAR图像的海陆分割,具备一定的工程应用价值。     

基于级联卷积神经网络的大场景遥感图像舰船目标快速检测方法

针对大场景遥感图像舰船目标的快速检测问题,该文设计了一种级联型卷积神经网络检测框架。该检测框架由目标预筛选全卷积网络(P-FCN)和目标精确检测全卷积网络(D-FCN)两个全卷积网络级联而成。P-FCN是一个轻量级的图像分类网络,负责对大场景图像中可能的舰船区域进行快速预筛选,其层数少、训练简单,候选框冗余较少,能够减少后续网络的计算负担;D-FCN是一个改进的U-Net网络,通过在传统U-Net结构中加入目标掩膜和舰船朝向估计层以进行多任务的学习,实现任意朝向舰船目标的精细定位。该文分别使用TerraSAR-X雷达遥感图像和从91卫图、DOTA数据集中获得的光学遥感图像对算法进行了测试,结果表明该方法的检测准确率分别为0.928和0.926,与传统滑窗法相当,但目标检测时间仅为滑窗法的1/3左右。该文所提的级联型卷积神经网络检测框架在保持检测精度的前提下能显著提高目标检测效率,可实现大场景遥感图像中舰船目标的快速检测。      

基于改进双边网络的SAR图像海陆分割方法

海陆分割是海岸线提取、近岸目标检测的一个基本步骤。传统的海陆分割算法分割准确度差,参数调节繁琐,难以满足实际应用要求。卷积神经网络能够高效地提取图像多个层次特征,广泛应用于图像分类任务,可作为海陆分割新的技术途径。其中双边网络(BiSeNet)能有效平衡分割精度和速度,在自然场景图像语义分割任务上取得了较好的表现。但对于SAR图像海陆分割任务,双边网络难以有效提取SAR图像的上下文语义信息和空间信息,分割效果较差。针对上述问题,该文根据SAR图像特点减少双边网络中空间路径的卷积层数,从而降低空间信息的损失,并选用ResNet18轻量化模型作为上下文路径骨干网络,减少过拟合现象并提供较广阔的特征感受野,同时提出边缘增强损失函数策略,提升模型分割性能。基于高分三号SAR图像数据的实验表明,所提方法可有效提升网络的预测精度和分割速率,其分割准确度和F₁分数分别达到了0.9889和0.9915,对尺寸大小为1024×1024的SAR图像切片处理速率为12.7 frames/s,均优于当前主流的分割网络框架。此外,所提网络的规模较BiSeNet减少50%以上,并小于轻量级的U-Net架构,同时网络有较强的泛化性能,具有较高的实际应用价值。      

基于图注意力网络的半监督SAR舰船目标检测

基于深度学习的合成孔径雷达(SAR)舰船目标检测近年得到了快速发展。然而,传统有监督学习需要大量的标记样本来训练网络。针对此问题,该文提出一种基于图注意力网络(GAT)的半监督SAR舰船目标检测方法。首先,设计了对称卷积神经网络用于海陆分割。随后,完成超像素分割并将超像素块建模为GAT的节点,利用感兴趣区域池化层提取节点的多尺度特征。GAT采用注意力机制自适应地汇聚邻接节点特征实现对无标记节点的分类。最后,将预测为舰船目标的超像素块定位到SAR图像中并获得精细检测结果。在实测高分辨SAR图像数据集上验证了所提方法。结果表明该方法可以在少量标记样本下,以低虚警率实现对舰船目标的可靠检测。     

基于改进YOLOv5的复杂场景下SAR图像船舶检测方法

针对复杂场景下合成孔径雷达图像船舶检测中易产生漏检的问题,本文提出了一种基于改进YOLOv5的复杂场景下SAR图像船舶检测算法。该算法首先将由通道注意力和空间注意力共同组成的自适应注意力模块引入YOLOv5的特征提取网络中,通过将特征向量筛选加权后,使重要的目标特征占有更大的网络处理比重,以此增强网络对目标区域的特征学习能力。然后根据SAR图像特性优化了检测模型的损失函数,提升了预测框的置信度,最终降低了复杂场景区域的目标漏检率。实验表明,相比传统YOLOv5算法,本文算法显著提升了召回率。对于复杂场景下的SAR图像船舶目标检测,平均准确率达到了79.8％,相比于传统YOLOv5算法和Faster R-CNN算法分别提高了26.1%和17.3%。      

基于分块预判断的SAR图像舰船目标检测方法

由于具有恒虚警和自适应的能力,恒虚警率(CFAR)是应用最为广泛的SAR图像舰船检测算法之一,它在传统的中低分辨力图像中效果较好。但随着合成孔径雷达(SAR)幅宽与分辨力的提高,这种检测方法已不能满足舰船检测的近实时性要求。本文针对高分辨宽幅SAR图像中的舰船检测问题,提出了一种基于分块预判断的SAR图像舰船目标检测方法。该方法首先对SAR图像进行分块,然后利用一个预先训练的支持向量机(SVM)分类器对所有分块进行可能性判断,最后只对判断为存在目标的分块进行能量比检测。基于实测数据的实验表明,本文方法较以往算法在取得较好检测效果的同时,检测效率也有较大提升。     

基于特征转移金字塔网络的SAR图像跨尺度目标检测

SAR图像多尺度目标检测能够实现大场景SAR图像中关键目标的定位与识别,是SAR图像解译的关键技术之一。然而针对尺寸相差较大的SAR目标的同时检测,即跨尺度目标检测问题,现有目标检测方法难以实现。该文提出一种基于特征转移金字塔网络(FTPN)的SAR图像跨尺度目标检测方法。在特征提取阶段采用特征转移方法,实现各层特征图的有效连接,实现不同尺度特征图的提取;同时采用空洞卷积群方法,增大特征提取的感受野,促使网络提取到大尺度目标特征。上述环节能够有效保留不同尺寸目标特征,从而实现SAR图像中跨尺度目标的同时检测。基于高分三号SAR数据、SSDD数据集及高分辨率SAR舰船检测数据集-2.0等数据集的试验表明,该文方法能够实现SAR图像中机场、舰船等跨尺度目标的检测,在已有数据集上mAP达96.5%,较特征金字塔网络算法提升8.1%,并且整体性能优于现阶段最新的YOLOv4等目标检测算法。      

基于YOLOX网络的SAR图像舰船目标检测

针对SAR图像舰船目标尺寸大小不一、舰船分布密集、背景复杂等问题,本文提出一种改进YOLOX网络并用于SAR图像舰船目标检测。该网络包括主干特征提取网络、加强特征提取网络、解耦头、预测框优化及损失计算等4个部分。与常规YOLOX网络相比,本文作了如下改进：首先,在主干特征提取网络中,3个基础特征层之后都添加了CA模块;在加强特征提取网络中,两处下采样之后也都添加了CA模块。以强化对SAR图像中重要区域的特征提取。其次,在框回归损失函数中,引入CIOU替代IOU,以更好地利用预测框和真实框之间的相对位置信息和形状信息,提升预测框回归精度。本文基于AIR-SARSHIP-2.0数据集进行了大量的舰船目标检测实验,并选择了Faster-RCNN、YOLOv3和常规YOLOX等3种网络与本文的改进YOLOX网络进行对比。实验结果表明,本文的改进YOLOX网络整体性能优于其他3种对比网络,有更少的虚警和漏警、更高的检测精度。     

基于分块相位梯度算法的多舰船尾迹自动识别

提出一种基于分块相位梯度算法(PGA)的多舰船尾迹合成孔径雷达(SAR)图像自动识别方法。首先在多结构形态学滤波和自适应阈值(OTSU)分割的基础上,利用分块PGA算法消除运动舰船的位置偏移和像元模糊,还原舰船实际信息;利用改进的局部Hough变换对分块图像进行检测和识别,根据识别出的尾迹坐标和角度反演运动舰船位置和航向信息。检测结果表明,该算法可准确检测SAR图像中舰船的实际位置和航向,识别准确度高,抗干扰性强。     

基于弹跳射线法的海上目标快速成像与识别算法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)以全天候、全天时的观测能力,在军事和民用领域有着广泛的应用背景。考虑到SAR研究的成本和效率以及SAR图像在目标检测领域的应用,SAR图像的仿真技术发挥了重要优势。针对传统成像方法耗时较长的问题,本文利用基于弹跳射线法（SBR）的快速成像技术以达到快速获取大批量SAR图像的目的。为了更加精准地识别SAR图像中的目标,在Faster RCNN目标检测网络的基础上,根据真实舰船目标改变候选框的初始尺寸以及利用特征融合的方式对原算法框架加以改进。最后,在Faster RCNN框架中加入特征金字塔结构（Feature pyramid networks,FPN）,进一步提高目标识别算法对SAR图像中的舰船目标检测和识别的能力。      

基于CFAR级联的SAR图像舰船目标检测算法

SAR图像舰船目标检测在军事监视和海洋环境监管等方面有着重要的意义。针对SAR图像的特点,提出了一种基于全局CFAR检测与局部CFAR检测级联的舰船目标检测算法。在全局CFAR检测中,通过海杂波特性拟合优选海杂波统计模型,以较高的虚警率筛选潜在的目标点;在局部CFAR检测中,以潜在目标点的连通区域为单位,通过检测窗口的选取、背景像素的确定和海杂波拟合等步骤以后,以较低的虚警率确定目标。最后,通过条件扩张算法和目标像素聚类完善船只细节。实验结果表明,文中算法在保证良好的检测性能的同时,具有检测效率高、舰船细节完整等优点,为舰船目标鉴别和信息提取提供了良好的保障,更加符合实际应用需求。     

基于中心点回归的大场景SAR图像舰船检测方法

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像舰船目标检测在军事和民用领域有着重要的应用.然而随着SAR图像成像能力的提升,SAR成像场景越来越大,舰船目标检测存在两个难点:一是舰船目标在整幅图像中所占比例极小,很难与周围背景分开;二是靠岸舰船目标通常密集排列,目标之间难以区分.目前常用基...     

基于精细分割的SAR图像舰船目标几何结构特征提取

随着高分辨率星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）系统的研制和使用,利用SAR图像实现快速准确的舰船目标识别分类成为了海上目标侦察监视的重要手段.文中针对SAR舰船目标切片图像,提出一种基于精细分割的SAR图像舰船目标几何结构特征提取方法.首先,采用基于Radon变换的分割方法将舰船目标和成像干扰区域进行分离,对分离出的舰船目标切片进行阈值分割处理,并利用形态学手段处理分割图像,减小旁瓣影响,准确提取目标主区域;然后基于椭圆形状约束进行目标区域的细化分割,解决分割区域"毛刺"现象和区域断裂现象,得到舰船目标的最佳图像分割区域;最后,通过逼近目标区域获得其对应的最小外接矩形（minimum enclosing rectangle,MER）,进而实现目标区域几何结构特征的精确提取.通过对获取的高分三号卫星SAR图像数据进行仿真实验,证明了本文方法提取舰船目标几何结构特征的高准确性和强稳定性,对海上舰船目标的识别与分类具有重要意义.     

一种基于Attention-YOLOv3的海面舰船目标检测的方法

近年来，基于深度学习的视觉检测方法在海面舰船目标检测领域中的应用愈加广泛。为了解决传统视觉检测方法检测精度不高，对小目标检测效果不好的问题，提出了一种基于Attention-YOLOv3的海面舰船目标检测方法，有效提高了对舰船目标的检测性能。在对主流的One-stage与Two-stage模型结构及特点的调研分析的基础上，利用YOLOv3的特征提取网络Darknet-53来获取图像特征，通过特征金字塔网络（FPN）网络结构融合特征提取网络中深浅层的语义信息，并添加注意力机制模块来进一步优化网络性能。将改进后的Attention-YOLOv3模型应用到海面舰船检测场景中进行验证，基于搜集到的舰船目标制作成COCO格式的数据集进行训练，使用包含海面舰船目标的图片作为测试集进行测试。实验结果表明，改进后的Attention-YOLOv3网络对比原检测网络模型，解决了小目标检测不敏感的问题，达到了更高的检测效果。     

基于Google Earth Engine的海量舰船目标SAR图像处理应用研究

传统基于单机的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像舰船目标检测需要在本地计算机上进行数据下载、处理和分析,这极大受限于本地计算机的性能,只能对少量SAR图像进行检测。本文利用Google Earth Engine(GEE)遥感云计算平台的海量数据存储和强大运算能力,通过在云端部署SAR卫星数据、模型算法和计算机算力,在GEE平台上进行了大范围海域的海量舰船目标SAR图像处理应用研究,实现了舰船目标检测同时还可以获取舰船目标信息、统计舰船目标数量、批量下载目标检测结果图像等。通过在Sentinel-1 SAR数据上进行相关实验,结果表明本文研究可在线对海量SAR数据进行实时、高效、快速地处理,对海上舰船监视具有较高的实际应用价值。      

AIR-SARShip-1.0:高分辨率SAR舰船检测数据集

近年来,深度学习技术得到广泛应用,然而在合成孔径雷达(SAR)舰船目标检测研究中,由于数据获取难、样本规模小,尚难以支撑深度网络模型的训练。该文公开了一个面向高分辨率、大尺寸场景的SAR舰船检测数据集,该数据集包含31景高分三号SAR图像,场景类型包含港口、岛礁、不同级别海况的海面等,背景涵盖近岸和远海等多样场景。同时,该文使用经典舰船检测算法和深度学习算法进行了实验,其中基于密集连接端到端网络方法效果最佳,平均精度达到88.1%。通过实验对比分析形成指标基准,方便其他学者在此数据集基础上进一步展开SAR舰船检测相关研究。      

基于特征域的目标分割算法

文中以可见光舰船目标的检测方法为研究对象，为解决黑白极性，海浪干扰等问题提出了基于特征域的目标分割方法。该方法是将目标难以正确分割的灰度图进行特征转换，生成使目标突出的特征图，然后在特征图上进行目标分割并给出利用基于特征域的目标分割方法的试验结果，说明此方法的优越性。