基于深度学习的视频SAR目标阴影检测算法研究

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视频合成孔径雷达(Video Synthetic Aperture Radar,VideoSAR)是一种新型的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像模式,不仅具有传统SAR的全天时、全天候优势,还具有高成像帧率、高分辨率的特性。它可以对监测场景进行连续成像,获得与视频相似的成像效果,为现代军事作战中目标检测和跟踪提供了帮助。由于对视频SAR目标检测的研究处于起步阶段,传统的视频SAR目标检测的方法存在帧间配准难度大,快速运动目标阴影特征不明显,检测步骤复杂,检测速度慢难以达到实时性要求等问题,所以该文提出了基于深度学习的视频SAR目标阴影检测的方法,把训练好的卷积神经网络模型直接应用于视频SAR目标阴影检测任务中,使检测速度大大提升,达到实时性要求。相关工作和取得的进展如下:首先,重点分析了圆周模式下视频SAR的成像原理,同时,为了更好的研究动目标检测方法,对动目标的成像特征进行研究,分析了动目标速度导致的多普勒频移问题和静、动目标阴影形成原理,根据不同状态下阴影的位置来判断目标的位置。基于动目标阴影形成原理,分别对VideoSAR数据进行了目标级标注和像素级标注。然后,将图像领域中基于边框回归的目标检测算法YOLOv3(You Only Look Once version 3)应用于雷达图像中,提出一种基于YOLO v3的视频SAR目标阴影检测算法,引入YOLOv3-tiny网络结构,去掉了一个检测层,在保证准确率的情况下降低了计算量,实现了检测的实时性要求。之后,嵌入注意力机制模块,增加车辆目标特征所占的比重,并利用手动标注的VideoSAR数据集进行实验。实验结果证明,添加了注意力机制模块后的网络是速度和精度都比较均衡的网络。最后,提出了一种基于语义分割的视频SAR目标阴影检测的方法。通过三维卷积神经网络模型提取视频SAR中连续图像序列的空间和时间特征,通过残差结构减少网络参数,提升网络的学习能力。加入空洞卷积,增加了感受野,并手动标注了像素级的VideoSAR数据。经过实验验证,该文的方法可以较为准确的对VideoSAR中车辆目标进行检测。
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