突发性海洋溢油事故发生频繁、影响范围广以及危害时间长,每次溢油事故所带来大面积范围的海洋生态污染情况仍不容乐观。论文以实际海面溢油检测系统研发为背景,提出了时间复杂度低且具有较好鲁棒性的算法,为溢油检测工程实现提供理论依据和实验支撑。论文主要工作如下:深入研究了海面与油膜的物理特性与红外成像特性。研究了基于Cox-Munk海浪坡度统计模型的海面与油污红外特性建模方法,将Cox-Munk海浪坡度统计模型应用到被油膜污染的海面中,仿真出不同环境因素影响下的海面与油膜的发射率。实验结果表明,不同观测角度与不同的海面风速影响下,海面与油膜的发射率差异明显。为了解决海面杂波的干扰引发油污区域误检的问题,提出了一种基于格式塔视觉注意扩散机制的溢油检测方法。该方法以分割后超像素区域作为基本计算单元,并将生物视觉处理过程和格式塔完形规则等相关理论应用于红外溢油图像检测的工程实现中。实验结果表明,该方法相对于其他方法,在红外溢油序列图像中取得了较好的检测结果,算法实时性较好。针对油区信息描述准确性以及实时性的问题,建立了一种基于仿射成像模型的快速油区面积估计与定位方法,实现油区的快速面积估计与定位。将溢油目标这种不规则形体的面积估计与定位方法应用到实际工程项目中。实验结果表明,本方法能够快速、准确地表达油区信息。