海上搜救视觉增强系统-视觉增强系统在海上SAR系统的应用.doc

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1、海上搜救视觉增强系统施朝健许开宇肖宝家莫剑英（上海海事大学）摘要：由于人眼的生理特性造成海上复杂环境中的搜索效果不佳，研究应用于海上SAR系统的视觉增强系统是十分必要的。本文针对搜救环境中人眼观测的弱点，提出了基于可见光成像系统和红外成像系统的视觉增强系统进行海上搜救的方案，给出了系统框图。该系统辅助搜救人员进行搜救，将提高海上目标尤其是弱小目标探测的灵敏度和发现率，能够有效地挽救人民的生命和财产，具有巨大的经济效益和社会作用。关键词：视觉增强系统；搜寻救助；人眼视觉特性；目标检测Visionenhancementsystemformaritimesea

2、rchandrescueShiChaojian,XuKaiyu,XiaoBaojiaandMoJianyingShanghaiMaritimeUniversityAbstractBecauseofthelimitationofphysiologicalcharacteristicsofhumaneyes,itisnecessarytodevelopvisionenhancementsystemformaritimesearchandrescue(SAR)toimprovethepoorsearchingperformanceofhumanvisionat

3、sea.AndasystemwithitsframeworkbasedonthevisiblelightimagingsystemandinfraredimagingsystemisproposedinthepapertocompensatetheweaknessofthehumanobservationintheSARenvironment.Thesystemwillpromotethesensitivityandthedetectionrateoftargets,especiallysmallones,atsea,ensurethesafetyofl

4、ifeatsea,andreduceeconomicallossesinmarineaccidents.Keywordsvisionenhancementsystem;searchandrescue;humanvisioncharacteristics;targetdetection181引言随着航运业的发展,我国水上交通安全保障和应急搜救任务日益繁重。2006年，我国海上搜救中心和海事机构共组织协调了海上搜救行动1620次，组织、协调各类船舶5322艘次。共发生遇险人员17498人。中国政府和海事部门非常重视研究和发展海上搜救技术。《国家中长期科学和技

5、术发展规划纲要》指出：“重点开发交通事故预防预警、应急处理技术，开发运输工具主动与被动安全技术，交通运输事故再现技术，交通应急反应系统和快速搜救等技术。”交通部《公路水路交通“十一五”发展规划重点》还明确提出“十一五”期间做到“现场救助能力明显提高，人命救助有效率由目前的87%提高到90%左右。”为了达到规划要求，对海上救助搜寻视觉增强系统的关键技术进行研究是十分必要的。在过去几年，中国的海上搜救组织发生了很大的变化，体现在参与了国际上搜救的合作和采用了先进的技术。然而，现有的海上救助搜寻方法，尤其是搜索人，主要借助人眼进行搜寻。而人眼视觉的生理特性决定

6、了在复杂环境和疲惫状态下，搜索效果不佳。研究视觉增强系统（VisionEnhancementSystem,VES）辅助人眼进行海上搜救的关键技术是非常必要的。视觉增强系统应用机器视觉设备和技术增强和扩展了人眼的视觉。它是智能交通和交通安全领域的重要前沿基础技术和研究热点[1-3]，在汽车驾驶、飞机导航等方面得到较为广泛的应用[4-6]，尤其在不利天气或夜间驾驶和飞行时有效增强了人的视觉，在保障交通安全方面起到良好的作用[7-9]。同时，视觉增强技术也被应用于辅助老年人、视力障碍人员改善视力和特殊环境中增强视力等[10-12]。这些视觉增强系统的研究成果对

7、本课题的研究有重要的借鉴价值。2人眼的视觉特性现有的海上救助搜寻方法主要借助望远镜或者红外望远镜依靠人眼进行搜寻，因而人眼的结构特征和视觉特性是值得关注的。2.1人眼结构图1人眼结构图18人眼结构图如图1所示。是由水晶体、虹膜和视网膜等组成的。正常视力情况下，眼睛可以聚焦到物体并能在视网膜的中央凹（fovea）成像。视网膜中央凹处是视网膜的中心和最敏感之处，产生精确的视觉。在0º位置附近，为了看清小的细节部分视网膜的一小部分会起作用。在大的区域内，2º-4º，是用于看近处物体的。当视觉使用所有的视网膜定向的看目标时，没有能力分辨细节。光是从物体表面反射到

8、视网膜的感光细胞，然后根据神经的冲击进行响应。这里有两种类型细胞，锥状和杆状细胞