SAR图像中舰船检测与识别算法的研究及其硬件实现

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作成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)具有全天时、全天候对地观测的优势,被光泛应用在军事侦查中。随着SAR成像技术的快速发展,合成孔径雷达目前已能够获取到大资高分辨率的SAR图像,但针对SAR图像的检测,定位以及特征提取等解译工作还无法满足当前SAR图像处理的需要,因此研究SAR图像的解译工作极具现实意义。本课题依托国防× × ×预研项目,开展SAR图像中舰船检测与识別研究工作。主要针对自主弹载平台对海侦察,海上舰船巨标种类多,海况条件复杂等情况,解决感兴趣目标舰船检测、定位以及特征提取中所存在的问题而进行的。本文主要从两个方面展开研究:—是对SAR图像舰船自动检测与识别系统中所涉及的目标检测、定位、特征提取算法的研究:二是对上述算法的硬件实现进行研究。计对算法实现部分,首先本文在深入研究SAR图像目标舰船检测过程中恒虚警率(constant false akarm rate,CFAR)检测技术的基础上,分析了复杂海况条件下,使用单—背景杂波分布模型求解出的自适应阈值导致检测结果中存在大量虚警目标的问题,将舰船的几何特征融入到了 CFAR检测算法中,通过实验验证了改进后的算法可以在保证检测率的条件下降低了虚警目标的产生;其次,本文计对舰船目标定位,研究了几种区域连通标记算法,其中,基于游程的两次描标记算法需要处理大量等价临时标号,会消耗大量时间进而导致处理过程复杂,而本文则在两次扫描的璀础上,采用递归方法—次扫描即可完成区域信息提取,并由提取出的目标区域信息,统计出一幅SAR图像中舰船目标的个数以及每一个目标舰船区域信息;最后,本文对SAR图像中目标船舰的特征展开深入研究,着重分析了 SAR图像的几何特征、灰度特征以及纹理特征,并通过灰度共生矩阵提取出舰船的纹理统计量。针对算法硬件实现部分,由于大幅SAR场景下,舰船目标检测、定位、以及特征提取算法计算数据量大,软件固有的串行处理方式使其运算速度无法满足实际应用的需求。首先,本文在深入研究上述算法的基础上,利用FPGA并行处理特点将改进后的算法移植到Alieral公司的FPGA开发板,型号为Stratix Ⅳ系列EP4SGX530HH35C2的芯片上,设计出了 SAR图像舰船检测与特征提取硬件系统,该硬件系统包含CFAR目标检测单元、目标区域信息提取单元以及目标特征提取单元等三个部分。其次,通过Alteral公司的Quartus II软件将整个工程综合后,结果表明整个系统的最大时钟频率可以达到119MHz。最后,使用搭建的仿真验证平台对所设计的系统进行了验证,验证结果符设计要求。
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