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基于局部多特征的机场跑道检测算法

仪器仪表学报 2014年第8期35卷 1714-1720页

作者：闫钧华许俊峰艾淑芳李大雷王志刚南京航空航天大学航天学院南京210016 光电控制技术重点实验室洛阳471009

确定描述机场跑道属性的特征是机场检测的关键问题。针对此,研究了机场跑道区域的特征,利用统计矩、Hu不变矩、灰度共生矩阵、Zernike矩、傅里叶频谱、Gabor频谱、HSV颜色空间构建123维特征向量描述跑道。采用CART-Adaboost算法检测机... 详细信息

确定描述机场跑道属性的特征是机场检测的关键问题。针对此,研究了机场跑道区域的特征,利用统计矩、Hu不变矩、灰度共生矩阵、Zernike矩、傅里叶频谱、Gabor频谱、HSV颜色空间构建123维特征向量描述跑道。采用CART-Adaboost算法检测机场跑道区域,在检测结果的二值图上进行长直线提取,实验结果表明机场跑道检测算法在复杂背景下具有较高的检测率。利用Adaboost确定跑道的最佳描述特征,实现特征降维,实验结果表明使用选择出的14维特征在检测性能相近时,能大幅提高特征提取和分类器训练的效率。

关键词：局部多特征机场跑道检测 CART-Adaboost算法特征选择

LBP特征分类的极化SAR图像机场跑道检测

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中国图象图形学报 2021年第4期26卷 952-960页

作者：韩萍万义爽刘亚芳韩宾宾中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300

目的在极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中常用直线检测进行机场跑道的识别,但是河流、道路等与机场跑道具有相似直线的地物容易对检测结果造成干扰,出现检测目标难定位、目标模糊、多虚警等问题。为此,本文设计了... 详细信息

目的在极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中常用直线检测进行机场跑道的识别,但是河流、道路等与机场跑道具有相似直线的地物容易对检测结果造成干扰,出现检测目标难定位、目标模糊、多虚警等问题。为此,本文设计了一种利用目标散射特性结合局部二值模式(local binary patterns,LBP)特征分类的极化SAR图像机场跑道区域检测方法,采用LBP特征对极化SAR图像进行有监督的分类来提取真实的机场区域。方法首先利用异化散射功率对极化SAR图像进行阈值分割,然后通过形态学处理得到疑似机场跑道区域,同时构建机场跑道和非机场跑道两类训练样本,并提取、统计样本的LBP特征,形成直方图,得到特征向量训练支持向量机(support vector machine,SVM)二分类器,其中SVM二分类器采用了径向基函数(radial basis function,RBF)核函数;接着对疑似机场跑道区域构建LBP特征,送入SVM二分类器中分类,对机场跑道进行检测识别,最终得到真实的机场跑道区域。结果利用UAVSAR(uninhabited aerial vehicle synthetic aperture radar)系统采集的7幅极化SAR图像数据进行实验检测,并选取基于几何特征辨识跑道的两种算法进行对比,3种方法均有效检测出了7幅场景中的真实跑道,但是本文方法在7幅数据中总的虚警和漏警个数均为1,而两种对比算法中的虚警个数分别为2和11、漏警个数分别为8和1。结论本文方法不仅能有效检测出机场跑道区域,且检测效果更好,计算量较小,虚警和漏警率低,效率更高。

关键词：极化合成孔径雷达(PolSAR)图像机场跑道检测局部二值模式(LBP)特征支持向量机(SVM)分类阈值分割

基于差异度迭代的极化SAR图像机场跑道检测算法

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信号处理 2019年第6期35卷 1041-1050页

作者：张喆万义爽韩萍程争中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室

机场在军事和交通运输领域都有很重要的作用,对它的自动检测具有重大意义。本文提出了一种利用极化SAR ( Polarimetric Synthetic Aperture Radar )图像检测机场跑道的方法。首先,利用SLIC ( Simple linear Iterative Clustering )算法... 详细信息

机场在军事和交通运输领域都有很重要的作用,对它的自动检测具有重大意义。本文提出了一种利用极化SAR ( Polarimetric Synthetic Aperture Radar )图像检测机场跑道的方法。首先,利用SLIC ( Simple linear Iterative Clustering )算法对极化SAR图像进行超像素分割;然后利用新三分量分解和极化散射熵对图像进行粗分类,再利用改进的K均值聚类结合差异度迭代的方法完成精细分类,最后利用跑道的散射特性和几何结构特征从分类结果中提取完整的机场区域。本文采用极化SAR数据进行实验检测,结果表明该方法能有效的检测出机场跑道,并且保持结构完整,边缘细节清晰,虚警率低。

关键词：机场跑道检测聚类差异度 PolSAR图像

面向机场跑道检测的移动机器人局部运动规划研究

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面向机场跑道检测的移动机器人局部运动规划研究

作者：查田君南开大学

学位级别：硕士

中国正处于从“民航大国”向“民航强国”转变的关键阶段,安全工作是一切工作的前提,而机场跑道安全检测是确保民航安全的重要任务之一。目前我国机场跑道面积已超过3亿平方米,现行检测模式越来越难以满足对超高安全与精度、超窄作业时... 详细信息

中国正处于从“民航大国”向“民航强国”转变的关键阶段,安全工作是一切工作的前提,而机场跑道安全检测是确保民航安全的重要任务之一。目前我国机场跑道面积已超过3亿平方米,现行检测模式越来越难以满足对超高安全与精度、超窄作业时限、超大作业范围等的本质要求。随着国家“新一代人工智能发展规划”和“新时代民航强国建设行动纲要”战略的推进,发展机场跑道安全检测机器人存在着很大的可行性和必要性。针对机场跑道安全检测不同的检测任务需求,本文设计了相应的移动机器人局部运动规划算法,并通过仿真和实际实验验证了算法的可行性:1.针对巡检任务运动快速性的要求,本文采用了解耦规划的方式,将局部运动规划解耦为局部路径优化和沿给定路径的轨迹规划。为了确保路径的平滑性及最优性,本文提出了基于图优化方法的路径优化算法,算法会在局部窗口内截取部分全局路径进行路径优化,在路径优化目标函数中添加路径最短和路径平滑优化目标,并采用了图优化的方法来提高目标函数优化的效率,进而得到满足约束和优化目标的路径点序列;在此基础上,本文通过样条曲线对路径点序列插值,进而得到平滑的路径曲线;最后,本文采用了沿给定路径的最短时间轨迹规划算法得到满足运动学、动力学约束的最短时间局部轨迹。2.针对定检任务运动平稳性和安全性的要求,本文提出了基于可通行区域的局部轨迹规划算法。基于参数多项式连续性的性质,算法利用参数多项式表示轨迹,将轨迹规划问题转换为最优参数求取问题,进而确保输出轨迹的速度、加速度甚至加速度的一阶导均能平滑连续;为了确保安全性,算法会通过局部地图和局部路径得到可通行区域,并基于贝塞尔曲线的凸包性,用贝塞尔多项式表示轨迹多项式,将轨迹限定在可通行局部区域内;最后,算法通过时间初分配与再分配的方式来确保轨迹满足移动机器人的非完整约束。3.针对检测任务中存在动态障碍物,对于环境能够具有预测性的要求,本文提出了基于卷积神经网络的深度强化学习算法。根据机场跑道环境特征,算法设计了合适的仿真训练环境,并在其中训练出具有环境预测性的策略函数网络。为了保证迁移性,算法在训练时以机器人感知到的激光雷达距离信息作为策略网络输入;为了保证训练效率,并得到动态环境,算法采用多机器人同一策略离散执行、集中训练的方式;为了满足机器人的性能约束,算法在动作空间中限定了机器人的输出速度,在回报函数中添加了加速度约束。在实际环境中,输入当前速度信息、传感器信息及机器人局部终点信息,即可通过训练好的策略函数网络实时规划出具有环境预测性的速度信息。通过本文研究方法,可以确保检测机器人能够在巡检任务窗口期内快速完成检测任务,在定检任务中平稳安全完成高精度检测任务,在动态环境中预测环境信息并平稳完成检测任务。

关键词：机场跑道检测移动机器人运动规划局部规划

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遥感图像中的机场跑道检测算法

电光与控制 2017年第2期24卷 43-46页

作者：艾淑芳闫钧华李大雷许俊峰沈静光电控制技术重点实验室河南洛阳471000 南京航空航天大学航天学院南京210016

利用机场跑道的高灰度特征和整体性检测遥感图像中的机场跑道。首先,利用模糊增强方法进行图像预处理;接着,对图像进行阈值分割获得二值图像,用像素标记法进行连通域提取,定位4个面积最大的区域作为疑似机场区域;然后,在疑似机场区域内... 详细信息

利用机场跑道的高灰度特征和整体性检测遥感图像中的机场跑道。首先,利用模糊增强方法进行图像预处理;接着,对图像进行阈值分割获得二值图像,用像素标记法进行连通域提取,定位4个面积最大的区域作为疑似机场区域;然后,在疑似机场区域内,对图像进行Canny边缘检测,用Hough变换提取出直线段;最后,把含有最长平行直线的区域作为机场区域。实验结果表明,机场跑道检测算法能在遥感图像中准确有效地检测出机场跑道。

关键词：机场跑道检测遥感图像模糊增强图像处理 Hough变换 Canny边缘检测

基于贝叶斯分类的极化SAR图像机场跑道检测

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基于贝叶斯分类的极化SAR图像机场跑道检测

作者：常玲中国民航大学

学位级别：硕士

极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,PolSAR)是一种多参数、多通道的微波成像雷达系统,可不受天气、光照等影响对感兴趣区域(Region of Interest,ROI)进行高分辨率成像。与传统单极化SAR系统相比,极化SAR系统采集... 详细信息

极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,PolSAR)是一种多参数、多通道的微波成像雷达系统,可不受天气、光照等影响对感兴趣区域(Region of Interest,ROI)进行高分辨率成像。与传统单极化SAR系统相比,极化SAR系统采集的数据包含的地物信息更为全面,可用于提取地物目标的极化散射特性。因此,极化SAR现已被广泛应用于地物目标检测、分类及识别等实际应用中。机场是一种重要的交通运输设施,自身包含很多重要信息,其自动检测技术的研究,在精确打击、紧急救援、军事侦察等众多领域都有着极其重要的应用价值。跑道是机场区域内显著特征之一,可将对检测跑道的研究作为识别机场的基础。因此,本文将重点研究如何从极化SAR图像中检测出机场跑道。本文在研究了极化SAR图像分解、分类方法和跑道极化、结构特性的基础上,给出两种基于贝叶斯分类的机场跑道检测算法。第一种算法是先利用'H/S分类建立典型地物的训练样本模板,再与贝叶斯分类器结合对整幅图像分类,并对所得图像作形态学处理操作以提取出疑似跑道区域,最后根据机场跑道尺寸标准和结构特征判别疑似跑道区域,确定真实跑道区域;第二种算法为克服第一种算法在前期提取疑似跑道区域过程中对样本信息的依赖,提出将h/q分解和贝叶斯迭代分类相结合的无监督分类方法引入到疑似跑道区域的提取中,同时加入跑道的弱回波特性以精确提取跑道区域。选用美国UAVSAR系统在不同机场区域采集的实测L波段全极化SAR数据对上述两种算法进行验证,实验结果说明:两种算法均能有效、正确地检测出真实跑道区域,虚警率低,且检测出的跑道结构完整、细节信息保存良好;相比之下第一种算法实时性更好,能快速准确地检测出跑道区域,第二种算法由于在提取疑似跑道区域过程中采用的是无监督分类方法,没有用到样本信息,实际应用性更强。

关键词：极化合成孔径雷达机场跑道检测极化散射特性极化目标分解贝叶斯分类

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基于随机森林的极化SAR图像机场跑道检测

基于随机森林的极化SAR图像机场跑道检测

作者：邹璨中国民航大学

学位级别：硕士

机场承载着飞机起降、维护等关键任务,是重要的民用和军用设施。跑道是机场的核心设施,对机场跑道的自动检测广泛应用于军事打击、灾害救援、飞机导航等实际问题。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式成像雷达系统... 详细信息

机场承载着飞机起降、维护等关键任务,是重要的民用和军用设施。跑道是机场的核心设施,对机场跑道的自动检测广泛应用于军事打击、灾害救援、飞机导航等实际问题。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式成像雷达系统,具有全天时、全天候、强透射性、远距离成像等特点。极化合成孔径雷达(Polarimetric Synthetic Aperture Radar,PolSAR)通过不同的极化收发组合,反映地物目标的极化散射特性。与单极化SAR相比,全极化SAR具有更多的收发模式,可以获取更全面的地物极化信息,进而更好地表征地物的极化特征。因此,PolSAR图像机场跑道检测具有十分广阔的应用前景。本文以美国UAVSAR系统采集的全极化SAR数据为基础,展开了PolSAR图像机场跑道检测问题的研究,具体工作如下:分类是PolSAR图像解译的重要环节,可利用图像分类提取疑似跑道区域,即感兴趣区域(Region Of Interest,ROI)。为了减少分类类别数,同时保证检测准确率,给出一种基于随机森林的机场跑道检测算法。首先在PolSAR图像中人工选取部分像素点作为训练样本;然后计算样本的极化特征,并利用快速相关滤波器(Fast Correlation-Based Filter,FCBF)对极化特征进行优化选择,去掉弱相关和冗余的极化参数,得到优化的极化特征组合;再利用随机森林分类器对图像做二分类,直接提取ROI;最后根据跑道的平行线及结构特征对ROI进行判别,得到最终的检测结果。平行线特征是机场跑道检测的常用特征,但是道路、河流、桥梁等类似地物容易对检测结果造成干扰,因此,给出一种不依赖于平行线特征的疑似跑道区域判别方法。首先在每个独立的ROI区域对应的功率图像上滑窗检测,利用方向梯度直方图(Histogram of Oriented Gradient,HOG)特征描述子提取检测窗口的特征,并利用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)对检测窗口进行二分类,生成该区域掩膜二值图像,再将掩膜图像与原ROI二值图做与操作,并以原ROI二值图为基准,计算像素点变动比率,通过变动比率的大小完成对ROI的判别。论文对上述方法进行了实验验证,实验结果显示,得到的跑道区域结构清晰,轮廓完整,验证了本文方法的有效性,且本文提出的疑似跑道区域判别方法大幅降低了检测虚警率。

关键词：极化SAR图像机场跑道检测随机森林 HOG 特征优化选择

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红外和SAR遥感图像中机场跑道检测

红外和SAR遥感图像中机场跑道检测

作者：卢昌祥南京航空航天大学

学位级别：硕士

在遥感图像的处理中,机场是一类重要的目标。机场跑道的提取与识别在军用和民用方面都有很重要的实际意义。本文以红外和SAR机场图像作为对象,研究并实现了机场跑道的检测算法。首先,对红外图像中的噪声以及SAR图像中的相干斑噪声进行处... 详细信息

在遥感图像的处理中,机场是一类重要的目标。机场跑道的提取与识别在军用和民用方面都有很重要的实际意义。本文以红外和SAR机场图像作为对象,研究并实现了机场跑道的检测算法。首先,对红外图像中的噪声以及SAR图像中的相干斑噪声进行处理,介绍了红外图像中的经典滤波方法,并讨论了几种经典的SAR图像相干斑抑制算子,实验结果表明基于阈值小波分解的抑制算子具有较好的相干斑抑制效果。其次,针对机场图像中的分割问题,研究了一维和二维OTSU快速阈值分割方法,并重点讨论了基于Mean Shift的分割算法,该算法对复杂场景遥感图像中的机场跑道区域进行快速有效的分割处理,结果表明该算法具有一定的鲁棒性,在适合的窗口半径下具有良好的分割效果。然后,介绍了传统的边缘检测算子,并对Canny边缘检测算子进行了改进,实现了一种基于置信度的改进边缘检测算法,实验结果表明该算法有更好的边缘检测效果。对于检测出来的机场跑道边缘图像,研究了两种提取直线的算法:相位编组和Hough变换算法,在Hough变换算法的基础上,提出了一种改进的直线段提取算法。实验结果表明该方法可以较好地检测出机场跑道的边缘直线段。接着,进行跑道的识别,针对机场跑道的自身特征,建立其适当的机场跑道模型,可以有效地去除道路和机场附属设施对跑道检测识别的干扰。实验结果表明该模型可以很好的对跑道区域进行识别。最后,提出了一种基于无下采样Contourlet变换的SAR和可见光机场图像融合处理算法,将同一地区的SAR和可见光机场图像按一定准则进行融合,对融合后的图像进行边缘检测和直线提取,提供了机场跑道检测的另外一种思路。结果表明,该算法具有一定的可行性。

关键词：机场跑道检测 SAR和红外遥感图像直线检测 Hough变换 NSCT Mean Shift 边缘置信度检测算法图像融合

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基于改进LSD算法的机场跑道检测

沈阳航空航天大学学报 2020年第2期37卷 63-69页

作者：李一波荆磊秦帅涛沈阳航空航天大学民用航空学院沈阳110136

提出一种机场跑道检测改进LSD线提取方法,在传统方法线提取的基础上,改进线路连接方式和平行线对的检测,对于边缘信息提取部分,采用新的Frost滤波器抑制相干斑,加快了线段的提取速度,并且改进验证方式,除去虚假线段,得到更为准确的跑道... 详细信息

提出一种机场跑道检测改进LSD线提取方法,在传统方法线提取的基础上,改进线路连接方式和平行线对的检测,对于边缘信息提取部分,采用新的Frost滤波器抑制相干斑,加快了线段的提取速度,并且改进验证方式,除去虚假线段,得到更为准确的跑道信息。通过对株洲机场和某通用机场的实验,经过结果对比,该方法较传统LSD算法检测时间减少,并且该算法检测效率高、检测出的无用线段较少。机场跑道提取效果相对传统LSD算法更为准确,检测图像中的跑道很少出现漏检、误检,具有较好的工程应用价值。

关键词：机场跑道检测 LSD检测算法区域增长优化图像处理