[发明专利]基于空间频率特征的海面溢油检测方法

说明书

技术领域

本发明属于目标检测技术领域，特别是一种精度高、可靠性好、效率高的基于空间频率特征的海面溢油检测方法。

背景技术

由于海洋石油资源开发造成的溢油事故频发，石油泄漏成为了海洋最主要的污染源。这不仅对生态环境危害巨大，而且对经济造成了巨大的损失。为了及时准确地发现溢油事故，需要对海面溢油实现快速检测。

海面溢油的基本检测方法主要有可见光法、红外分光光度法、微波辐射计法、气相色谱法和荧光法等。但是，这些传统的测量方法都需要对实验样品进行预处理，并且需要昂贵的实验仪器作为支撑，在数据分析和处理上比较单一，无法做到多角度大视场对海面溢油进行无损检测，从而无法对海面溢油的物理机理做出科学可靠的分析。

总之，现有技术存在的问题是：海面溢油检测精度低、可靠性差、效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于空间频率特征的海面溢油检测方法，精度高、可靠性好、效率高。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于空间频率特征的海面溢油检测方法，包括如下步骤：

(10)样品信号采集：采集不同种类的海面溢油样品的条纹光图像信号，得到海面溢油原始图像；

(20)数据预处理：对海面溢油原始图像进行中值滤波，得到滤除脉冲、椒盐噪声后边缘清晰的目标图像；

(30)刃边直线拟合：对目标图像进行刃边直线拟合，获得目标刃边直线方程；

(40)图像边缘扩散函数预处理：根据目标刃边直线方程，对目标图像进行边缘扩散函数处理，去除目标图像中较为明显的噪声点；

(50)边缘扩散函数分层重采样：对经图像边缘扩散函数预处理后的目标图像进行边缘扩散函数分层重采样，去除目标图像中的其他噪声信号，获得低噪声目标信号；

(60)线扩散函数采样与拟合：对低噪声目标信号的边缘扩散函数进行微分，得到线扩散函数，再根据最小二乘法进行拟合，获得高精确性目标信号的线扩散函数；

(70)调制传递函数计算：根据处理后的目标图像信号，进行调制传递函数计算，获得多角度下海面溢油的空间频率特征值。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、精度高：在低照度实验室内，对空间频率特性的定义、MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)的原理、测量方法进行深入研究，在MTF测量方法的基础上，利用改进的倾斜刃边法对采集数据进行仿真。结合低照度实验模型，设计搭建户外实验系统，对海面溢油检测模型进行完善。

2、可靠性好：基于VS2010软件设计实现图像数据网口传输、海面溢油检测算法处理、检测结果显示等功能。利用该系统对不同环境下的海面溢油展开检测研究，分析实验测量数据，完善海面溢油户外检测系统。

3、效率高：结合条纹图像的空间频率特性，使用投影仪作为主动光源，利用CCD探测器作为光电检测装置，设计了主动光条件下的海面溢油检测系统。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明基于空间频率特征的海面溢油检测方法的主流程图。

图2为图1中图像边缘扩散函数预处理步骤的流程图。

图3为用于实现本发明方法的一种的海面溢油检测系统的结构示意图。

图4是滤波效果图，其中4(a)是原始图像，4(b)是原始图像直方图，4(c)是中值滤波图像，4(d)是中值滤波直方图。

图5是边缘扩散函数分层重采样提取目标原理示意图。

图6是目标的MTF曲线图。

具体实施方式

本发明基于空间频率特征的海面溢油检测方法，其机理在于海面溢油散射的明暗条纹信号存在变化快慢的特点。目标通过光电系统后，一些纹理细节会变得模糊，因此其调制度低于成像前的调制度，光电成像系统的调制度将会根据空间频率的改变而改变。海水与原油的物理特征各不相同，对散射明暗条纹信号的改变存在差异，仿真得到的空间频率特征也不一样，从而实现海面溢油的检测。

如图1所示，本发明基于空间频率特征的海面溢油检测方法，包括如下步骤：

(10)样品信号采集：采集不同种类的海面溢油样品的条纹光图像信号，得到海面溢油原始图像；

所述(10)样品信号采集步骤中，采用投影仪作为采样时的入射光源，采用加有滤波片的CCD探测器对目标表面散射的光信号进行采集。

图3为用于实现本发明方法的一种的海面溢油检测系统的结构示意图。