專利名稱：用于目標(biāo)航跡檢測(cè)/航向預(yù)測(cè)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明軌跡檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種目標(biāo)航跡檢測(cè)的方法和裝置，以及一種
目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
水面艦船目標(biāo)的檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)方向判斷，在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。對(duì)于運(yùn)輸
船只的狀態(tài)的監(jiān)控和港口管理以及國(guó)土安全等方面都有著很重大的意義。 目前，對(duì)于船只檢測(cè)，主要的研究都集中在了雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域。這主要是由于海
面目標(biāo)檢測(cè)自身的復(fù)雜性決定的。海水由于光照和風(fēng)浪的原因，會(huì)有非常復(fù)雜的背景。在
復(fù)雜背景下，船只本身難以清楚辨認(rèn)以及識(shí)別。因此，基于圖像的船只檢測(cè)就有很大的技術(shù)
難度。但是，由于雷達(dá)信號(hào)處理的方法有自身的一些缺陷，例如設(shè)備昂貴，重量較大，不適
宜機(jī)載或衛(wèi)星搭載等等。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種目標(biāo)航向預(yù)測(cè)方法。
在一些實(shí)施例中，所述目標(biāo)航向預(yù)測(cè)方法包括采集圖像；去除所述圖像中的背
景部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；計(jì)算所述連通域的橫向夾角；在所述連通
域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通
域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端；確定在所述橫向夾角的方向上，以所
述連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。 采用該實(shí)施例所述的方法預(yù)測(cè)船只的航跡時(shí)，主要利用的是圖像處理技術(shù)，而并未利用雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)。該方法基于不同海水的顏色，對(duì)不同的圖像分辨率具有一定的抗干擾能力，完全可以自適應(yīng)地進(jìn)行船只預(yù)測(cè)。該方法的核心部分是利用運(yùn)行中船只的航行尾跡的相關(guān)特性，使原來難以檢測(cè)的船只問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦欢ㄌ匦缘牟ɡ藱z測(cè)。基于圖像的航跡檢測(cè)預(yù)測(cè)方法具有自身便攜以及代價(jià)低廉的優(yōu)勢(shì)。 本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種目標(biāo)航跡檢測(cè)方法。在一些實(shí)施例中，所述目標(biāo)航跡檢測(cè)方法包括采集圖像；去除所述圖像中的背景部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端；確定從所述連通域的末端到前端的運(yùn)行軌跡為目標(biāo)的航跡。 本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種目標(biāo)航向預(yù)測(cè)裝置。在一些實(shí)施例中，所述目標(biāo)航向預(yù)測(cè)裝置包括圖像采集單元，用于采集圖像；背景去除單元，用于去除所述圖像中的背景部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；方向檢測(cè)單元，用于計(jì)算所述連通域的縱向跨度和橫向跨度的比值，并比較所述連通域兩端的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，以確定目標(biāo)行進(jìn)的橫向夾角；第一計(jì)算單元，用于在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端；和，航向預(yù)測(cè)單元，用于確定在所述橫向夾角的方向上，以所述連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。 本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種目標(biāo)航跡檢測(cè)裝置。在一些實(shí)施例中，所述目標(biāo)航跡檢測(cè)裝置包括圖像采集單元，用于采集圖像；背景去除單元，用于去除所述圖像中的背景部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；第一計(jì)算單元，用于在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端；和，航跡檢測(cè)單元，用于確定從所述連通域的末端到前端的運(yùn)行軌跡為目標(biāo)的航跡，并輸出目標(biāo)的航跡。


圖1是目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的一個(gè)方法實(shí)施例流程圖
圖2是目標(biāo)航跡檢測(cè)的一個(gè)方法實(shí)施例流程圖
圖3是目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的一個(gè)裝置實(shí)施例示意圖
圖4是目標(biāo)航跡檢測(cè)的一個(gè)裝置實(shí)施例示意圖,
具體實(shí)施例方式
下面以預(yù)測(cè)海面船只的航跡為例，對(duì)本發(fā)明提供的目標(biāo)航向預(yù)測(cè)方法進(jìn)行說明。
圖1示出了用于目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的一個(gè)實(shí)施例流程。
步驟ll，采集圖像。 在采集到的圖像中，不僅包括目標(biāo)船只、目標(biāo)船只在海面航行所留下的尾跡，還包
括目標(biāo)船只所在的海域、所述海域中的島嶼以及與所述海域連接的陸地。
圖像中的目標(biāo)船只及其航行尾跡是被檢測(cè)的主體，圖像中的其余部分都作為背景
部分處理。圖像的背景部分又可以分為簡(jiǎn)單背景和復(fù)雜背景，簡(jiǎn)單背景是目標(biāo)船只所在的
海域部分，海域部分主要由海水組成，目標(biāo)船只和島嶼在海域部分所占的比例很小。復(fù)雜背
景包括陸地部分，還包括陸地與海域的連接部分，即海岸線。 步驟12，去除圖像中的背景部分。 這一步的主要目的就是去除可能會(huì)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)產(chǎn)生干擾的因素。 在圖像中，陸地部分包括的色彩信息比較豐富，可能會(huì)有接近船只目標(biāo)的部分，也
可能有接近海水或是波浪的部分，這個(gè)特性對(duì)于閾值分割來說會(huì)產(chǎn)生很大的干擾。因此，在
進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)之前，可以將陸地部分從圖像中去除，以達(dá)到提高檢測(cè)效率和精度的目的。陸
地部分色彩分布較為分散而海域則高度集中，為能夠?qū)⒑Ｓ虿糠趾完懙夭糠诌M(jìn)行分割，可
以用海水的特征作為分割閾值，利用分割閾值將海域部分和陸地部分進(jìn)行分割。 本步驟主要包括三個(gè)處理流程 al 、確定用于圖像分割的閾值。 a2、將圖像的背景部分分割為簡(jiǎn)單背景和復(fù)雜背景。 a2、將復(fù)雜背景和簡(jiǎn)單背景中所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零，以去除所述圖像中的背景部分。 為能夠確定分割閾值，首先要對(duì)圖像進(jìn)行分塊處理，每個(gè)塊對(duì)應(yīng)一個(gè)索引，以便后續(xù)的操作。分塊的大小由每幅圖像的分辨率決定，分塊的原則是保證當(dāng)某一塊中包含完整船只的時(shí)候，該船只所占的比例應(yīng)該小于一個(gè)較小的設(shè)定值。 分塊完成后，如果某個(gè)圖像塊屬于陸地部分或者主要部分為陸地，那么該圖像塊的直方圖分布會(huì)比較分散，不會(huì)有明顯的峰值。相反，海域部分的圖像塊，由于其中海水所占的比例很大，因此其直方圖會(huì)集中分布在一個(gè)灰度區(qū)間?？梢愿鶕?jù)這種分布特性，預(yù)先設(shè)定一個(gè)判斷條件。然后，依次或隨機(jī)地選取圖像塊，當(dāng)某一圖像塊的直方圖分布情況滿足設(shè)定的條件時(shí)，即可認(rèn)為該圖像塊屬于海域部分，并將該圖像塊中紅、綠、藍(lán)這三個(gè)分量集中的區(qū)域中心作為本幅圖像的分割閾值，即海水的閾值。
得到海水閾值后，對(duì)每一個(gè)圖像塊進(jìn)行分析。 在一個(gè)圖像塊中，如果某一點(diǎn)像素的紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量都處于以海水閾值為中心的某個(gè)區(qū)間，則認(rèn)為該點(diǎn)像素為海水的像素。 在一個(gè)圖像塊中，如果海水所占的比例小于一個(gè)上限值，例如海水所占的比例小于80%，則對(duì)該圖像塊的四個(gè)邊界的像素進(jìn)行判斷。如果該圖像塊有一個(gè)以上邊界的像素都不是海水像素，則可以確定該圖像塊屬于陸地部分。將屬于陸地部分的圖像塊標(biāo)記為0。
在一個(gè)圖像塊中，如果海水所占的比例大于或等于所述上限值，例如海水所占的比例大于或等于80%，則可以確定該圖像塊屬于海域部分?；蛘撸瑢?duì)于被判斷屬于陸地部分，但其相鄰塊中屬于陸地部分的圖像塊少于2塊的圖像塊，認(rèn)為該圖像塊是包含目標(biāo)船只的假陸地，重新確定該圖像塊屬于海域部分。將屬于海域部分的圖像塊標(biāo)記為1。
在一個(gè)圖像塊中，如果某一圖像塊被判斷為屬于海域部分，但其相鄰塊中有屬于陸地部分的圖像塊，則可以認(rèn)為該圖像塊屬于陸地與海域的連接部分。將屬于陸地與海域的連接部分的圖像塊標(biāo)記為2。 將一幅圖像中的所有圖像塊都進(jìn)行標(biāo)記后，也就完成了對(duì)整幅圖像的分割。標(biāo)記
為1的區(qū)域?yàn)楹Ｓ虿糠郑瑯?biāo)記為0的區(qū)域?yàn)殛懙夭糠?，?biāo)記為2的區(qū)域?yàn)楹０毒€。 將標(biāo)記為0和標(biāo)記為2的圖像塊中所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零，從而將
復(fù)雜背景從圖像中去除。 將標(biāo)記為1的圖像塊中海水部分的所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零，從而將簡(jiǎn)單背景從圖像中去除。 步驟13，獲得包括目標(biāo)船只及其航行尾跡的連通域。 將復(fù)雜背景和簡(jiǎn)單背景從圖像中去除后，圖像中剩余的部分就是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的連通域。這些連通域中主要包括目標(biāo)船只及其航行尾跡、沒有去除干凈的小塊陸地以及島嶼。其中，目標(biāo)船只的航行尾跡主要是目標(biāo)船只在海面航行留下的波痕，白色的浪花與深色海水所形成的鮮明對(duì)比。 對(duì)于體積很小的船只，如果不感興趣，不希望將體積很小的船只作為航跡檢測(cè)預(yù)測(cè)的對(duì)象，可以配置一個(gè)下限值。當(dāng)連通域的大小小于配置的下限值時(shí)，認(rèn)為該連通域不是目標(biāo)，而將該連通域去除，這樣就可以將那些極小的船只、島嶼和陸地部分排除，而只將滿足條件的連通域作為目標(biāo)，記錄下索引，以進(jìn)行下一步操作。 如果一幅圖像中有多個(gè)滿足條件的目標(biāo)船只，則對(duì)各個(gè)目標(biāo)船只的航跡檢測(cè)預(yù)測(cè)處理都是一致的。 步驟14、計(jì)算連通域的橫向夾角。連通域的橫向夾角可以被認(rèn)為是目標(biāo)船只行進(jìn)的橫向夾角。
—種可選的方式是，首先計(jì)算連通域的縱向跨度和橫向跨度的比值，然后比較連通域兩端的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，獲得連通域的橫向夾角。 步驟15，在連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值。 對(duì)于運(yùn)行中的船只，尾跡部分由亮度很高的白色波浪組成，所以像素均值較低的
是目標(biāo)船只的船頭，由此可以確定出目標(biāo)船只的行進(jìn)方向。 像素均值較低的區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為是連通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為是連通域的末端。其中，連通域的前端就是目標(biāo)船只的前端，連通域的末端就是目標(biāo)船只航行尾跡的末端。 確定了目標(biāo)船只行進(jìn)的橫向夾角，以及目標(biāo)船只的前端和其航行尾跡的末端后，即可預(yù)測(cè)出目標(biāo)船只的前進(jìn)方向。 步驟16，在橫向夾角的方向上，以連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。 此外，目標(biāo)船只所在的連通域具有對(duì)稱性，可以將目標(biāo)船只的行進(jìn)方向標(biāo)注在連通域的對(duì)稱軸上。從目標(biāo)船只的船頭開始，沿對(duì)稱軸向后伸展取一個(gè)理論船長(zhǎng)，可以得到目標(biāo)船只所在位置的大概區(qū)域。 其中，理論船長(zhǎng)與圖像采集的高度相關(guān)，即在圖像分辨率下最大船長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，是作為函數(shù)參數(shù)配置的。 可以看出，采用本實(shí)施例所述的方法預(yù)測(cè)船只的航跡時(shí)，主要利用的是圖像處理
技術(shù)，而并未利用雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)。該方法基于海水和波浪的不同顏色，對(duì)不同的圖像分
辨率具有一定的抗干擾能力，完全可以自適應(yīng)地進(jìn)行船只檢測(cè)。該方法的核心部分是利用
運(yùn)行中船只的航行尾跡的相關(guān)特性，使原來難以檢測(cè)的船只問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦欢ㄌ匦缘牟?br> 浪的檢測(cè)?；趫D像的航跡檢測(cè)預(yù)測(cè)方法具有自身便攜以及代價(jià)低廉的優(yōu)勢(shì)。
圖2示出了用于目標(biāo)航跡檢測(cè)的一個(gè)實(shí)施例流程。 步驟21，采集圖像。 步驟22，去除圖像中的背景部分。 步驟23，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域。 步驟24，在連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值。 像素均值較低的區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為是連通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為是
連通域的末端。其中，連通域的前端就是目標(biāo)船只的前端，連通域的末端就是目標(biāo)船只航行
尾跡的末端。 步驟25，以連通域的末端到前端的運(yùn)行軌跡作為目標(biāo)的航跡。 采用上述實(shí)施例所述的方法，可以檢測(cè)出目標(biāo)船只的航跡。檢測(cè)到目標(biāo)船只的航跡后，再進(jìn)一步地計(jì)算出所述連通域的橫向夾角，即可確定在所述橫向夾角的方向上，以所^連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)船只的行進(jìn)軌跡，從而完成對(duì)目標(biāo)船只的航向預(yù)可以通過計(jì)算<formula>formula see original document page 9</formula>獲得所述連通域的橫向夾角a 。其中，^、^分別
是所述連通域前端的橫、縱坐標(biāo)，Xl、yi分別是所述連通域末端的橫、縱坐標(biāo)。 可以看出，采用本實(shí)施例所述的方法檢測(cè)/預(yù)測(cè)船只的航跡時(shí)，主要利用的仍然是圖像處理技術(shù)。該方法的核心部分是利用運(yùn)行中船只的航行尾跡的相關(guān)特性，使原來難以檢測(cè)的船只問題轉(zhuǎn)變?yōu)榉弦欢ㄌ匦缘牟ɡ说臋z測(cè)?；趫D像的航跡檢測(cè)預(yù)測(cè)方法具有自身便攜以及代價(jià)低廉的優(yōu)勢(shì)。 圖3示出了一個(gè)用于目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的裝置，該裝置300包括圖像采集單元S31、
背景去除單元S32、方向檢測(cè)單元S33、第一計(jì)算單元S34和航向預(yù)測(cè)單元S35。 圖像采集單元S31用于采集圖像。在采集到的圖像中，不僅包括目標(biāo)船只、目標(biāo)船
只在海面航行所留下的尾跡，還包括目標(biāo)船只所在的海域、所述海域中的島嶼以及與所述
海域連接的陸地。 圖像中的目標(biāo)船只及其航行尾跡是被檢測(cè)的主體，圖像中的其余部分都作為背景部分處理。圖像的背景部分又可以分為簡(jiǎn)單背景和復(fù)雜背景，簡(jiǎn)單背景是目標(biāo)船只所在的海域部分，海域部分主要由海水組成，目標(biāo)船只和島嶼在海域部分所占的比例很小。復(fù)雜背景包括陸地部分，還包括陸地與海域的連接部分，即海岸線。 采集到圖像后，背景去除單元S32將去除圖像中的背景部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域。 背景去除單元S32的主要作用就是去除可能會(huì)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)產(chǎn)生干擾的因素。 在圖像中，陸地部分包括的色彩信息比較豐富，可能會(huì)有接近船只目標(biāo)的部分，也
可能有接近海水或是波浪的部分，這個(gè)特性對(duì)于閾值分割來說會(huì)產(chǎn)生很大的干擾。因此，在
進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)之前，可以將陸地部分從圖像中去除，以達(dá)到提高檢測(cè)效率和精度的目的。陸
地部分色彩分布較為分散而海域則高度集中，為能夠?qū)⒑Ｓ虿糠趾完懙夭糠诌M(jìn)行分割，可
以用海水的特征作為分割閾值，利用分割閾值將海域部分和陸地部分進(jìn)行分割。 背景去除單元S32包括確定用于圖像分割的閾值的第一單元，將圖像的背景部
分分割為簡(jiǎn)單背景和復(fù)雜背景的第二單元，和第三單元，用于將所述復(fù)雜背景和簡(jiǎn)單背景中所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零，以去除所述圖像中的背景部分。 第一單元包括對(duì)圖像分塊的圖像分塊單元，查找直方圖分布的集中度能夠滿足預(yù)設(shè)條件的圖像塊的查找單元；和閾值確定單元，用于將查找到的圖像塊中紅、綠、藍(lán)分量集中的區(qū)域的中心作為所述閾值。 圖像分塊單元首先要對(duì)圖像進(jìn)行分塊處理，每個(gè)塊對(duì)應(yīng)一個(gè)索引，以便后續(xù)的操作。分塊的大小由每幅圖像的分辨率決定，分塊的原則是保證當(dāng)某一塊中包含完整船只的時(shí)候，該船只所占的比例應(yīng)該小于一個(gè)較小的設(shè)定值。 圖像分塊單元分塊完成后，如果某個(gè)圖像塊屬于陸地部分或者主要部分為陸地，那么該圖像塊的直方圖分布會(huì)比較分散，不會(huì)有明顯的峰值。相反，海域部分的圖像塊，由于其中海水所占的比例很大，因此其直方圖會(huì)集中分布在一個(gè)灰度區(qū)間?？梢愿鶕?jù)這種分布特性，預(yù)先設(shè)定一個(gè)判斷條件。然后，查找單元依次或隨機(jī)地選取圖像塊，當(dāng)某一圖像塊的直方圖分布情況滿足設(shè)定的條件時(shí)，即可認(rèn)為該圖像塊屬于海域部分；閾值確定單元將該圖像塊中紅、綠、藍(lán)這三個(gè)分量集中的區(qū)域中心作為本幅圖像的分割閾值，即海水的閾值。 第一單元得到海水閾值后，第二單元對(duì)每一個(gè)圖像塊進(jìn)行分析。 在一個(gè)圖像塊中，如果某一點(diǎn)像素的紅、綠、藍(lán)三個(gè)分量都處于以海水閾值為中心
的某個(gè)區(qū)間，則認(rèn)為該點(diǎn)像素為海水的像素。
在一個(gè)圖像塊中，如果海水所占的比例小于一個(gè)上限值，例如海水所占的比例小 于80%，則對(duì)該圖像塊的四個(gè)邊界的像素進(jìn)行判斷。如果該圖像塊有一個(gè)以上邊界的像素 都不是海水像素，則可以確定該圖像塊屬于陸地部分。將屬于陸地部分的圖像塊標(biāo)記為0。
在一個(gè)圖像塊中，如果海水所占的比例大于或等于所述上限值，例如海水所占的 比例大于或等于80%，則可以確定該圖像塊屬于海域部分。或者，對(duì)于被判斷屬于陸地部 分，但其相鄰塊中屬于陸地部分的圖像塊少于2塊的圖像塊，認(rèn)為該圖像塊是包含目標(biāo)船 只的假陸地，重新確定該圖像塊屬于海域部分。將屬于海域部分的圖像塊標(biāo)記為1。
在一個(gè)圖像塊中，如果某一圖像塊被判斷為屬于海域部分，但其相鄰塊中有屬于 陸地部分的圖像塊，則可以認(rèn)為該圖像塊屬于陸地與海域的連接部分。將屬于陸地與海域 的連接部分的圖像塊標(biāo)記為2。 第二單元將一幅圖像中的所有圖像塊都進(jìn)行標(biāo)記后，也就完成了對(duì)整幅圖像的分 割。標(biāo)記為1的區(qū)域?yàn)楹Ｓ虿糠?，?biāo)記為0的區(qū)域?yàn)殛懙夭糠郑瑯?biāo)記為2的區(qū)域?yàn)楹０毒€。
第三單元將標(biāo)記為0和標(biāo)記為2的圖像塊中所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為 零，從而將復(fù)雜背景從圖像中去除。 將標(biāo)記為1的圖像塊中海水部分的所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零，從而將 簡(jiǎn)單背景從圖像中去除。 將復(fù)雜背景和簡(jiǎn)單背景從圖像中去除后，圖像中剩余的部分就是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的連 通域。這些連通域中主要包括目標(biāo)船只及其航行尾跡、沒有去除干凈的小塊陸地以及島 嶼。其中，目標(biāo)船只的航行尾跡主要是目標(biāo)船只在海面航行留下的波痕，白色的浪花與深色 海水所形成的鮮明對(duì)比。 對(duì)于體積很小的船只，如果不感興趣，不希望將體積很小的船只作為航跡檢測(cè)預(yù) 測(cè)的對(duì)象，可以配置一個(gè)下限值。當(dāng)連通域的大小小于配置的下限值時(shí)，認(rèn)為該連通域不是 目標(biāo)，而將該連通域去除，這樣就可以將那些極小的船只、島嶼和陸地部分排除，而只將滿 足條件的連通域作為目標(biāo)，記錄下索引，以進(jìn)行下一步操作。在這種情況下，裝置300中還 應(yīng)該增加一個(gè)連通域去除單元，用于將面積小于所述下限值的連通域的所有像素的紅、綠、 藍(lán)分量都設(shè)置為零，從而將該連通域從圖像中去除。 獲得連通域后，方向檢測(cè)單元S33計(jì)算連通域的橫向夾角。連通域的橫向夾角可 以被認(rèn)為是目標(biāo)船只行進(jìn)的橫向夾角。 —種可選的方式是，方向檢測(cè)單元S33首先計(jì)算連通域的縱向跨度和橫向跨度的 比值，然后比較連通域兩端的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，獲得連通域的橫向夾角。 第一計(jì)算單元S34在連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值。對(duì) 于運(yùn)行中的船只，尾跡部分由亮度很高的白色波浪組成，所以像素均值較低的是目標(biāo)船只 的船頭，由此可以確定出目標(biāo)船只的行進(jìn)方向。 像素均值較低的區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為是連通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?qū)⒈徽J(rèn)為是 連通域的末端。其中，連通域的前端就是目標(biāo)船只的前端，連通域的末端就是目標(biāo)船只航行 尾跡的末端。 確定了目標(biāo)船只行進(jìn)的橫向夾角，以及目標(biāo)船只的前端和其航行尾跡的末端后， 航向預(yù)測(cè)單元S35即可預(yù)測(cè)出目標(biāo)船只的前進(jìn)方向。在所述橫向夾角的方向上，以所述 連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡，航向預(yù)測(cè)單元S35將目標(biāo)的行進(jìn)軌跡輸出。 此外，目標(biāo)船只所在的連通域具有對(duì)稱性，可以將目標(biāo)船只的行進(jìn)方向標(biāo)注在連 通域的對(duì)稱軸上。從目標(biāo)船只的船頭開始，沿對(duì)稱軸向后伸展取一個(gè)理論船長(zhǎng)，可以得到目 標(biāo)船只所在位置的大概區(qū)域。為能過對(duì)目標(biāo)船只進(jìn)行定位，可以增加一個(gè)目標(biāo)定位單元，用 于確定所述連通域中從前端開始向后伸展特定長(zhǎng)度的區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)所在的位置，并輸出目標(biāo) 所在的位置。 其中，理論船長(zhǎng)與圖像采集的高度相關(guān)，即在圖像分辨率下最大船長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度， 是作為函數(shù)參數(shù)配置的。 圖4示出了一個(gè)用于目標(biāo)航跡檢測(cè)的裝置，該裝置400包括圖像采集單元S31、背 景去除單元S32、第一計(jì)算單元S34和航跡檢測(cè)單元S41。 圖像采集單元S31用于采集圖像，背景去除單元S32用于去除所述圖像中的背景 部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域。第一計(jì)算單元S34用于在所述連通域的兩端 各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值。其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前 端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端。航跡檢測(cè)單元S41，用于確定從所述連通域 的末端到前端的運(yùn)行軌跡為目標(biāo)的航跡，并輸出目標(biāo)的航跡。 采用圖4所示的裝置400，可以檢測(cè)出目標(biāo)船只的航跡。檢測(cè)到目標(biāo)船只的航跡 后，再進(jìn)一步地計(jì)算出所述連通域的橫向夾角，即可確定在所述橫向夾角的方向上，以所述 連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)船只的行進(jìn)軌跡，從而完成對(duì)目標(biāo)船只的航向預(yù)測(cè)。 在這種情況下，裝置400中應(yīng)該增加一個(gè)用于計(jì)算連通域的橫向夾角的第二計(jì)算單元，和 一個(gè)航向預(yù)測(cè)單元S35。 —種可選的方式是，第二計(jì)算單元通過計(jì)算"=arctan^f^ ，獲得所述連通域的
橫向夾角a。其中，&、y2分別是所述連通域前端的橫、縱坐標(biāo)，A、yi分別是所述連通域末 端的橫、縱坐標(biāo)。 在上述各實(shí)施例中，雖然檢測(cè)、預(yù)測(cè)的目標(biāo)都是海面上的船只，但是完全可以將上 述各實(shí)施例應(yīng)用到更廣泛的水面目標(biāo)檢測(cè)中，例如可以對(duì)湖面、河面上的船只進(jìn)行航跡檢 測(cè)或航向預(yù)測(cè)。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白，這里結(jié)合所公開的實(shí)施例描述的各種示例性的方法步 驟和裝置單元均可以電子硬件、軟件或二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。為了清楚地示出硬件和軟件之 間的可交換性，以上對(duì)各種示例性的步驟和單元均以其功能性的形式進(jìn)行總體上的描述。 這種功能性是以硬件實(shí)現(xiàn)還是以軟件實(shí)現(xiàn)依賴于特定的應(yīng)用和整個(gè)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)約 束。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用，以多種方式來實(shí)現(xiàn)所描述的功能性，但是這 種實(shí)現(xiàn)的結(jié)果不應(yīng)解釋為倒是背離本發(fā)明的范圍。 利用通用處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣 列(FPGA)或者其它可編程的邏輯器件、分立門或者晶體管邏輯、分立硬件組件或者他們之 中的任意組合，可以實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行結(jié)合這里公開的實(shí)施例描述的各種示例性的單元。通用處 理器可能是微處理器，但是在另一種情況中，該處理器可能是任何常規(guī)的處理器、控制器、 微控制器或者狀態(tài)機(jī)。處理器也可能被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例如，DSP和微處理器的組 合、多個(gè)微處理器、一個(gè)或者更多結(jié)合DSP核心的微處理器或者任何其他此種結(jié)構(gòu)。
結(jié)合上述公開的實(shí)施例所描述的方法的步驟可直接體現(xiàn)為硬件、由處理器執(zhí)行的 軟件模塊或者這二者的組合。軟件模塊可能存在于RAM存儲(chǔ)器、閃存、R0M存儲(chǔ)器、EPR0M存 儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ)器、寄存器、硬盤、移動(dòng)磁盤、CD-ROM或者本領(lǐng)域熟知的任何其他形式的 存儲(chǔ)媒質(zhì)中。 一種典型存儲(chǔ)媒質(zhì)與處理器耦合，從而使得處理器能夠從該存儲(chǔ)媒質(zhì)中讀信 息，且可向該存儲(chǔ)媒質(zhì)寫信息。在替換實(shí)例中，存儲(chǔ)媒質(zhì)是處理器的組成部分。處理器和存 儲(chǔ)媒質(zhì)可能存在于一個(gè)ASIC中。該ASIC可能存在于一個(gè)用戶站中。在一個(gè)替換實(shí)例中， 處理器和存儲(chǔ)媒質(zhì)可以作為用戶站中的分立組件存在。 根據(jù)所述公開的實(shí)施例，可以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或者使用本發(fā)明。對(duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這些實(shí)施例的各種修改是顯而易見的，并且這里定義的總體原理 也可以在不脫離本發(fā)明的范圍和主旨的基礎(chǔ)上應(yīng)用于其他實(shí)施例。以上所述的實(shí)施例僅為 本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任 何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的方法，其特征在于，包括采集圖像；去除所述圖像中的背景部分；獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；計(jì)算所述連通域的橫向夾角；在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端；確定在所述橫向夾角的方向上，以所述連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述連通域的縱向跨度和橫向跨度的 比值，并比較所述連通域兩端的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，獲得所述連通域的橫向夾角。
3. —種用于目標(biāo)航跡檢測(cè)的方法，其特征在于，包括 采集圖像；去除所述圖像中的背景部分； 獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域 的末端；確定從所述連通域的末端到前端的運(yùn)行軌跡為目標(biāo)的航跡。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 計(jì)算所述連通域的橫向夾角；其中，所述連通域的橫向夾角即為目標(biāo)行進(jìn)的橫向夾角；確定在所述橫向夾角的方向上，以所述連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，計(jì)算"^aretan^5^ ，獲得所述連通域的橫 向夾角a ;其中，&42分別是所述連通域前端的橫、縱坐標(biāo)，^、yi分別是所述連通域末端的橫、縱 坐標(biāo)。
6. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括 確定所述連通域中從前端開始向后伸展特定長(zhǎng)度的區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)所在的位置。
7. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，獲得連通域后進(jìn)一步包括 判斷該連通域是否大于第一預(yù)設(shè)值，如果是，則進(jìn)行后續(xù)的檢測(cè)處理；否則，去除該連通域。
8. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，去除所述圖像中背景部分的步驟包括確定用于圖像分割的閾值；將所述圖像的背景部分分割為簡(jiǎn)單背景和復(fù)雜背景；將所述復(fù)雜背景和簡(jiǎn)單背景中所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零，以去除所述圖像 中的背景部分。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，確定分割閾值的步驟包括 對(duì)圖像分塊；查找直方圖分布的集中度能夠滿足預(yù)設(shè)條件的圖像塊； 將查找到的圖像塊中紅、綠、藍(lán)分量集中的區(qū)域的中心作為所述閾值。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述圖像背景的簡(jiǎn)單背景為由海水組成的 海域部分，復(fù)雜背景包括陸地部分。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，紅、綠、藍(lán)分量都處于以所述閾值為中心 的設(shè)定區(qū)間的像素為海水像素。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，判斷圖像塊屬于海域部分的條件是 該圖像塊中海水像素的比例大于或等于第二預(yù)設(shè)值；或，該圖像塊被判斷屬于陸地部分，但其相鄰塊中屬于陸地部分的圖像塊少于2塊。
13. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，判斷圖像塊屬于陸地部分的條件是 該圖像塊中海水像素的比例小于第二預(yù)設(shè)值，并且該圖像塊有一個(gè)以上邊界的像素都不是海水像素。
14. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述復(fù)雜背景還包括陸地與海域的連接 部分。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，判斷圖像塊屬于陸地與海域的連接部分 的條件是該圖像塊被判斷為屬于海域部分，但其相鄰塊中有屬于陸地部分的圖像塊。
16. 如權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，圖像塊的大小滿足所述目標(biāo)的整體在一 個(gè)圖像塊中所占的比例小于第三預(yù)設(shè)值。
17. —種用于目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的裝置，其特征在于，包括 圖像采集單元，用于采集圖像；背景去除單元，用于去除所述圖像中的背景部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；方向檢測(cè)單元，用于計(jì)算所述連通域的縱向跨度和橫向跨度的比值，并比較所述連通 域兩端的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)，以確定目標(biāo)行進(jìn)的橫向夾角；第一計(jì)算單元，用于在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值;其 中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端； 和，航向預(yù)測(cè)單元，用于確定在所述橫向夾角的方向上，以所述連通域的末端向前端的延 伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡，并輸出目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。
18. —種用于目標(biāo)航跡檢測(cè)的裝置，其特征在于，包括 圖像采集單元，用于采集圖像；背景去除單元，用于去除所述圖像中的背景部分，獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；第一計(jì)算單元，用于在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端； 和，航跡檢測(cè)單元，用于確定從所述連通域的末端到前端的運(yùn)行軌跡為目標(biāo)的航跡，并輸 出目標(biāo)的航跡。
19. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括第二計(jì)算單元，用于計(jì)算所述連通域的橫向夾角；和，航向預(yù)測(cè)單元，用于確定在所述橫向夾角的方向上，以所述連通域的末端向前端的延 伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡，并輸出目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。
20. 如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，第二計(jì)算單元通過計(jì)算<formula>formula see original document page 4</formula>獲得所述連通域的橫向夾角a ;其中，&42分別是所述連通域前端的橫、縱坐標(biāo)，^、yi分別是所述連通域末端的橫、縱坐標(biāo)。
21. 如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，還包括目標(biāo)定位單元，確定所述連通域中從前端開始向后伸展特定長(zhǎng)度的區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)所在的 位置，并輸出目標(biāo)所在的位置。
22. 如權(quán)利要求18至21任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，還包括 連通域去除單元，用于將面積小于第一預(yù)設(shè)值的連通域的所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零；以將該連通域從圖像中去除。
23. 如權(quán)利要求18至21任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述背景去除單元包括 確定用于圖像分割的閾值的第一單元；將所述圖像的背景部分分割為簡(jiǎn)單背景和復(fù)雜背景的第二單元；和， 第三單元，用于將所述復(fù)雜背景和簡(jiǎn)單背景中所有像素的紅、綠、藍(lán)分量都設(shè)置為零， 以去除所述圖像中的背景部分。
24. 如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述第一單元包括 對(duì)圖像分塊的圖像分塊單元；查找直方圖分布的集中度能夠滿足預(yù)設(shè)條件的圖像塊的查找單元；和， 閾值確定單元，用于將查找到的圖像塊中紅、綠、藍(lán)分量集中的區(qū)域的中心作為所述閾值。
25. 如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，所述圖像背景的簡(jiǎn)單背景為由海水組成 的海域部分，復(fù)雜背景包括陸地部分。
26. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，紅、綠、藍(lán)分量都處于以所述閾值為中心 的設(shè)定區(qū)間的像素為海水像素。
27. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，判斷圖像塊屬于海域部分的條件是 該圖像塊中海水像素的比例大于或等于第二預(yù)設(shè)值；或，該圖像塊被判斷屬于陸地部分，但其相鄰塊中屬于陸地部分的圖像塊少于2塊。
28. 如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，判斷圖像塊屬于陸地部分的條件是 該圖像塊中海水像素的比例小于第二預(yù)設(shè)值，并且該圖像塊有一個(gè)以上邊界的像素都不是海水像素。
29. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述復(fù)雜背景還包括陸地與海域的連接 部分。
30. 如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，判斷圖像塊屬于陸地與海域的連接部分 的條件是該圖像塊被判斷為屬于海域部分，但其相鄰塊中有屬于陸地部分的圖像塊。
31. 如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，圖像塊的大小滿足所述目標(biāo)的整體在一 個(gè)圖像塊中所占的比例小于第三預(yù)設(shè)值。
全文摘要
一種用于目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的方法，包括采集圖像；去除所述圖像中的背景部分；獲得包括目標(biāo)及其航行尾跡的連通域；計(jì)算所述連通域的橫向夾角；在所述連通域的兩端各取一個(gè)區(qū)域，計(jì)算每個(gè)區(qū)域的像素均值；其中，像素均值較低的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的前端，像素均值較高的區(qū)域?yàn)樗鲞B通域的末端；確定在所述橫向夾角的方向上，以所述連通域的末端向前端的延伸作為目標(biāo)的行進(jìn)軌跡。本發(fā)明還公開一種用于目標(biāo)航向預(yù)測(cè)的裝置，和一種用于目標(biāo)航跡檢測(cè)的方法/裝置。
文檔編號(hào)G01C21/00GK101750061SQ20081023943
公開日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日
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