[發明專利]一種基于最小覆蓋圓匹配的無人機目標識別方法

無效

• 申請號: 200910086081.0
• 申請日: 2009-06-11
• 公開（公告）號: CN101567046A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 段海濱;何冉;吳江;李昊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06T3/40
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及一種基于最小覆蓋圓(Smallest?Covering?Circle，SCC)匹配的無人機目標識別方法，屬于航空航天和計算機視覺信息處理交叉技術領域。

(二)背景技術

無人機(Unmanned?Air?Vehicle，UAV)是一種有動力、可控制、能攜帶多種任務設備、執行多種任務，并能重復使用的無人飛行器。隨著無人機性能的不斷提高，以及其所具有的體積小、機動靈活、不易被發現等優點，使得無人機在偵察和巡邏、建筑物勘察、航空地圖繪制、危險環境下的清障等軍事和民用特殊領域顯示出了巨大的應用潛力，因此一直受到世界各國的普遍重視。目標跟蹤歷來是無人機一個很重要的任務。

圖像中顏色信息可以完全表征我們所獲取的原始信息，理論上我們可以基于顏色信息進行所有信息的提取工作，但在實際情況中這是很難實現的。形狀信息的借助可以有助于幫助人們以及機器完成目標的識別過程，在目標的形狀描述方面，邊緣，不變矩，傅立葉描述子，質心，矩形度等各種概念被引入，但是往往都隨著實際情況的復雜出現了應用上的困難，如縮放，旋轉造成的匹配困難。目前為止，使機器達到像人一樣快速準確識別目標形狀仍然是視覺領域一個亟待突破的難題。

相比于一般形狀而言，圓形物體具有很好的幾何對稱性質。對旋轉不敏感，使其較一般的形狀更容易完成匹配的任務，簡單的幾何描述特性也使其可以很快地完成在縮放情況下的匹配。根據實際情況不同，目前圓形匹配可以采用最小二乘圓，最小覆蓋圓，廣義Hogh變換等多種方法進行擬合，檢測或匹配。

最小覆蓋圓是屬于計算幾何范疇中的一個問題，對于平面上有限點列p₁，p₂，p₃，…，p_n，尋找一個圓試圖將所有點進行覆蓋，稱為最小覆蓋圓問題。如圖1、2，其非線形規劃模型為：

min?r????????????????????(1)

s.t.||x-p_i||≤r，i＝1，2，…，n

其中，x，p_i∈R²，n≥2。r，x分別為目標圓的半徑及圓心，||||為范數符號，表示x，p_i的歐氏距離。

(三)發明內容

1、發明目的：

本發明提出了一種基于最小覆蓋圓匹配的無人機目標識別方法，其目的是提供一種解決無人機在進行目標形狀識別的有效策略，尤其是克服一般形狀特征匹配方法在面對旋轉縮放問題下的困難。

該方案以目標形狀的最小覆蓋圓，直徑作為形狀特征，可以快速準確進行待檢測目標同已知目標的匹配。

2、技術方案：

對于一個凸區域的待匹配輪廓而言，我們定義其輪廓點為一個集合{p_i|i＝1，2…，n}，其直徑定義為輪廓點集中任意兩個點之間距離的最大值

L=maxi,j=1,2,···n(pipj),]]>其中i≠j

(2)

顯然除了標準的圓及弧形外，一般的凸區域形狀直徑都是有限的，對于特定無人機目標識別問題，待匹配輪廓基本上都可以認定為具有有限數量個直徑。這樣的情況下，意味著直徑的方位可以基本確定整個待匹配輪廓的旋轉方位。因此我們可以通過待檢測目標體的直徑同目標模型的直徑進行初步匹配，基本確認待匹配輪廓的旋轉方位。

在完成直徑匹配之后，可大大減少旋轉效應對于形狀匹配的不良影響。然后我們可以通過最小覆蓋圓的引入進行再匹配。對于待匹配輪廓的目標點集{p_i|i＝1，2…，n}，其最小覆蓋圓是顯然存在的，我們可以使用Shamos算法進行求解。

(1)計算點集S的凸殼CH(S)；