電子信息圖像處理在船舶目標識別中的應用分析

劉紅麗

（煙臺艾睿光電科技有限公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

近幾年來，伴隨經濟的高速發展，海洋之上的船舶不管是航行速度，還是密度都有明顯的提升，進而導致船舶之間碰撞事故概率大幅提升，這就對港口交通管理、航行安全保障以及船舶避讓提出了更為苛刻的要求[1]。如今，提高船舶航行安全性的主要措施主要有兩種：第一，船舶在靠岸時，利用船舶交通管理系統加以管理。第二，船舶和船舶之間在海洋上航行過程中，依靠船舶避讓規則。然而即便如此，船舶碰撞事故依舊是有發生。且我國實際的海洋領域已經不少于三百萬平方千米，同時擁有十分廣闊的海域以及海岸線，因此在漁業以及礦產等方面擁有十分豐富的資源[2]。但是，目前海洋之中航運行業的迅速發展，使得海洋之中的船舶依舊處于不斷增加的狀態。故而我國需要思考如何進一步提高海域交通管理水平，同時也避免整片海域受到敵對勢力的侵入，所以在海域之中加強對船舶目標識別的管理即顯得至關重要。電子信息圖像作為一種相對成熟的圖像，可以應用于船舶目標識別之中，效果十分理想，這也受到許多學者的關注以及重視。

1 船舶目標識別的運用情況及其未來發展

海域之中，工作人員開展針對船舶的監管以及控制程序之中，最為關鍵與基礎的便是船舶目標的鑒別，而在船舶目標識別基礎首次應用直至如今，已經經過了較為漫長的發展歷史，成為了相對成熟的一種技術。就目前而言，針對船舶目標予以識別的工序之中，運用最為頻繁，同時也是最為成熟的技術便是紅外圖像以及遙感技術。其中，紅外圖像屬于一種相對成熟的技術，該技術是極為經典且十分便利的非接觸式技術，主要采用的設備便是紅外成像儀[3]。相較于0.78微米更長的電磁波處于可見光光譜紅色之外，又被稱之為紅外線或是紅外輻射。任何物體都能夠輻射紅外線，所以應用專業的探測設備檢測自身和背景之間的紅外線差，便可獲取不同的紅外線，進而組成圖像[4]。該技術具有優秀的抗干擾能力以及隱蔽能力，不僅可以在白天正常工作，即便是在夜晚也能夠正常工作。不僅如此，該技術不容易受到附近環境的干擾以及影響，即便是在霧霾或是煙霧等能見度較低的情況下，或是在雨天等惡劣環境下，都能夠正常工作，具有理想的適應性。故而，該技術在船舶目標識別之中的運用十分廣泛。而遙感技術同樣是當下船舶目標識別較為常用的技術之一，如果僅僅是對比紅外線目標識別技術與遙感技術，可以發現，遙感技術的應用效果更為理想，在開展船舶目標識別過程中，不管是圖像最終的分辨率，還是精確度方面，都相比紅外線檢測技術更為理想。如此一來，工作人員通過該技術便可獲得關于船只更多以的有關信息數據，為各項管理方案的下達以及決策提供了數據作為參考，從而幫助工作人員更好地調度海上運行的船舶[5]。不僅如此，遙感技術本身即有許多優勢，例如分辨能力更為理想，工作人員通過遙感技術可以更加精確地提出有關信息數據，同時擁有和人相近的感知能力，在對船舶目標予以識別期間，還可以將并非金屬材料或是處于船舶表面以及船舶表層涂層內的目標檢驗出來，即便是一些電子雷達檢驗較為困難或是可能遺漏的船舶，通過遙感技術，也可以識別出來。

2 電子信息圖像處理技術在船舶目標識別中的現實應用

目前，為了不斷提高海洋之中船舶目標識別的精確度，從而保證所有船只航行的安全性，必然需要將遙感技術以及電子圖像信息技術應用于船只交通管理工作之中，通過兩種技術的聯合應用，實現兩項技術的優勢互補，以保障海域之中遙感技術整體圖像質量以及對特點的分析和凝練，同時借此進一步提高船舶目標予以識別期間的船舶精確度以及實際識別效率[6]。針對海洋之中遙感技術圖像予以處理期間，一般情況下的工作流程如下所示：

2.1 卡爾曼濾波

針對線性系統種類的目標信號，工作人員在開展追蹤以及針對信號之中存在的噪聲予以過濾的情況下，卡爾曼濾波技術便可達到十分關鍵的價值，在進行濾波過程中，工作人員即需采用狀態以及觀測兩種不同的方程法針對線性系統內部最小的方差予以計算[1]。狀態與觀測兩種方程公式具體如下所示：

第一，狀態的方程公式如下：f1（k）=[A]x（k+1）+u（k）。第二，觀測的方程公式如下：f2（k）=[H]x（k）+v（k）。

在上述兩個方程式之中，A表示信號狀態的矩陣；H表示信號觀測的矩陣。u（k）以及v（k）則分別表示的是信號噪聲的高斯分布狀況，而針對增益效果的計算方式，理應采用如下公式：Kp=1/2PHT（HPHT+R）-1。

2.2 圖像的分割

針對船舶目標予以識別期間，工作人員應尤為關注電子信息圖像處理技術關于圖像分割的工作環節，該環節也是船舶目標識別過程中至關重要的一個環節。所謂圖像分割是為了進一步加深對目標的分析、分辨以及了解，需要將目標從背景之中分割出來[7]。圖像分割是結合圖像具體灰度、顏色以及幾何性質將其中富有特別含義的不同區域完全分別開來。上述被分開區域處于彼此不相交的狀態，且均滿足特定區域的一致性。流入針對同一目標的圖像，普遍需要將圖像之中是該物體內的像素或是物體特征像素點從背景之中獨立分割處理，即把屬于不同物體的所有像素點隔離開來。要求分割所得的區域必須具備如下特征：

第一，分割所獲得目標具有理想的均勻性以及連通性。

第二，相互鄰近的分割區域之間就選定的對象以目標有明顯的差別性，即分割所得的目標和背景之間存在明顯的差別。

第三，受到分割的目標保證區域的邊界較為規整，同時保證邊緣空間定位擁有相對理想的精度[8]。

由于圖片分割是否科學合理，以及質量的高低可以對的船舶目標識別的精確程度以及實際效率構成直接性的影響以及干預。圖像分割過程中應尤為注意如下方面內容：第一，工作人員針對圖像予以分割過程中，必須嚴格依照有關規則開展，然后根據規則將所有圖片完全劃分，并保證所劃分的眾多平圖片之中并沒有完全重疊的區域。第二，企業針對圖像進行分割的過程中，必須可以滿足唯一和均衡等方面的特征，而其中的唯一性便代表所分割的所有圖像都具有唯一性的特征，和其他圖像或是附近區域有顯著的差異，而均衡性則代指在所有分割的圖像之中，均包含有一定 的相同性，例如灰度相同等。

如今，運用較為普遍的圖像分割方式一般有如下四種：

其一，借由圖像灰度統計信息的方式，較為具有代表性的是閾值化分割方式。

其二，借由圖像空間區域所獲取的信息以及光譜信息數據的圖像分割方式。

其三，應用圖像之中灰度的強烈對比最為強烈的區域信息分析方式，即邊緣檢驗方式。

其四，運用圖像分類技術完成圖像分割的像素類別區分方式。

而就上述各種方法而言，以閾值為基礎獲取圖像分割方式是后去目標與背景于灰度方面存在的差別，將圖像區分為具有灰度級各異的目標區域以及北京區域的構成。該方式在針對目標物與背景之間對比極為強烈的景物予以分割過程中具有極為明顯的優勢，計算也更為便捷，且能夠應用封閉或是聯通的邊界定義沒有重復的區域。故而，閾值化方式在圖像分割過程中的優勢最為明顯且具有實用性。而由于閾值化方式具有諸多優勢，所以在海洋船舶目標識別之中的應用更為廣泛，可以作為圖像分割的首選方式，在實際處理期間，通過直方圖便能夠較為便捷地明確目標和背景灰度突然變化的位置，同時將閾值固定在該位置。

2.3 圖像的識別

分割得出的目標之后便可進入目標識別環節，可以利用模板匹配的方式或是人工神經元網絡方式完成目標的識別。近些年來，人工神經網絡依靠其抗干擾能力優秀、容錯率高、自我學習能力優秀、識別速度快以及自適應能力強等諸多優勢得到更為廣泛的關注。盡管單一神經元功能較為有限，但是大規模神經元構建的網絡系統所具有的功能十分理想。線性系統本身具有許多局限性存在啊，以至于僅應用線性系統模擬的仿真模型將和實際情況之間存在顯著地差別，此時人工神經網絡非線性特點的優勢便得以充分的發揮。在曾經學習過或是相近的刺激添加之后，輸出端自然會依照權值矩陣形成對應的輸出。在競爭以及抑制學習過程中，這一模型把處理單元區分為多個競爭池，而不同的競爭池之間也存在激勵連接，通常情況下激勵連接為雙向，而相同池各個單元之間也存在一直連接，對該池子之中的全部其余單元，進而如果外界對不同池子之中的一個或是多個單元予以刺激之后，將有效激活各個池子之中互相連接最為理想的一組單元，進而針對這一刺激的整體會議，進而實現錄入目標圖片以及一致目標模板的匹配，即完成目標的識別。

2.4 特征的提煉

電子信息圖像技術應用于船舶目標識別工作之中，最為主要的應用環節，便是對圖像之中特征的提煉，由于該環節最為罐近的作用是在大規模遙感圖像之中可以更為精確地選用到富有參考價值最高的特點。另外，針對特征進行提取還有一個相對關鍵的作用，便是可以實現有關信息數據的合理壓縮。如此一來，工作人員在實際工作之中，可以的顯著提高圖像識別、處理以及分析流程的實際效率，同時可以顯著減少有關工作人員顯示工作量，能夠幫助工作人員及時了解當前海洋所有船舶的航行狀況，甚至提出一些預見性的措施，對保證船舶航行的安全性有較為明顯的提高。

2.5 船舶目標識別的仿真

通常情況下，識別軟件可以運用C++編程語言，于Microsoft Visual Studio平臺之上完成遙感圖像的目標識別程序編輯。VS平臺是當前應用十分廣泛的應用程序開發環境，人機交互性能理想，程序的調試率也較為理想。同時應用Open CV開展遙感圖像的分析，同時Open GL完成圖像的顯示以及目標分辨。而圖像經過了濾波、降噪以及特點提煉等電子圖像分析、處理以及加工之后，便可基本獲得較為清楚的海上船舶目標。

3 結束語

如今，針對海洋之中船舶開展監督以及控制是當前最為急需的技術，同時也是最為關鍵的技術，而船舶目標識別技術是海洋中船舶監督與控制得以實現的基礎以及根本，也是在船舶目標識別之中運用最為普遍與的一項技術，不止是刻意在海洋之中船舶快速航行的狀態下，捕捉到對方的有關信息數據，且獲取信息的效率以及精確度也有顯著的提高，這對加強我國海防事業、海上救援以及非法捕魚打擊工作而言都十分有利，故而，本文概述了我國電子信息圖像基本情況，并基于此從卡爾曼濾波以及圖像的分割等三個方面論述電子信息圖像技術在船舶目標識別方面中的運用，對提高船舶目標識別而言具有積極意義與價值。