[發明專利]一種利用多光譜圖像分類的典型地物參考圖的制備方法

有效

• 申請號: 201210594861.8
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103090868A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 張天序;邊小勇;顏露新;李姣;高慧杰;彭凡;張力;周剛;朱虎
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G06K9/62
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術領域

本發明屬于圖像識別技術領域，具體涉及一種利用多光譜圖像分類的參考圖制備方法，用于制備典型地物的參考圖，適用于飛行器導航制導中的目標識別。

背景技術

隨著紅外成像制導技術的發展，對目標背景輻射特性及其紅外成像特征的研究越來越受到國內外研究學者的重視，在飛行器導航制導研究領域具有重要意義。在不同時相、不同氣候、不同光照、遠距離成像條件下，成像傳感器獲取到的光學圖像呈現不同的特性且復雜多變，尤其在目標特征不夠明顯或者目標被遮擋的情況下，采用直接導航定位識別方法往往不可靠。然而，在一定距離的大范圍高分辨率圖像中，目標周邊區域常常會出現某種具有顯著特性的地物，稱為典型地物，如河流、橋梁、道路和建筑物群等，它們有一定大小、幾何形狀、可見性和輻射特性，將這類地物作為地面標志（簡稱地標）用來間接定位目標，有助于解決復雜環境下的目標識別問題。因此，對包含地標的特征參考圖制備顯得尤為重要。

郭文普等人在論文“基于3D可視化GIS的前視參考圖生成方法”中提出一種用于景象匹配的可見光前視參考圖制備方法，該方法的核心步驟是利用規劃航跡上的衛星圖像立體像對，通過一種三維重建算法生成數字高程模型數據，疊加正射圖像，最后生成前視基準圖像序列，從而與前視實時圖進行匹配。但該方法制備的是目標參考圖，在目標特性不顯著時無法滿足導航制導需求，且生成的目標參考圖沒有考慮實際成像條件下對目標灰度的約束。中國專利文獻200910273308.2公開了一種方案，其利用數字表面模型模擬預設航路上的飛行場景，確定航路上用作導航的平面地標，再制作地標多視點多尺度光學特征圖，計算出各地標的相關參數，制備帶參數的參考圖。該方法制備的參考圖沒有考慮實際成像時地標的灰度賦值，且主要是人工參與制備，缺少自動性。另外，劉婧等人在論文“前視紅外景象匹配制導基準圖生成研究”（微計算機信息，第23卷第30期，2007）中提出一種多特征前視基準圖生成方法，其以可見光圖像為數據源，提取出目標和背景的幾何視圖并分別計算溫度和輻射特征，經合成并加入大氣作用效果，最后根據不同視點得到前視紅外景象匹配多視點多尺度基準圖。該方法在圖像分割和多圖提取基礎上分別得到背景與目標幾何視圖，對目標進行建模與Vega紅外仿真生成基準圖，其輸入參數多，計算量大且計算結果的準確性與圖像分割、目標建模等方法密切有關，自動性和實時性不足。

上述方法基本上以離線人工參與方式制備包含地標/目標的特征參考圖，這類方法具有一定程度上的主觀性，效率較低，對地標/目標賦予經驗上的灰度值，并沒有考慮實際成像條件下地標/目標的紅外輻射特性，因而制備出的參考圖沒有預測出地標/目標的紅外特性，對目標匹配識別算法產生直接影響。對于包含目標的參考圖，沒有考慮到遠距離成像時目標表觀弱小時的導航定位問題，制備出的參考圖無法滿足目標較遠時的精確導航需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用多光譜圖像分類的參考圖制備方法，其利用多種特征信息對多光譜圖像進行快速分類，提取較完整的感興趣類，選擇其中部分用作地標，并對地標的紅外特性進行預測，解決飛行器導航制導過程中目標特征不顯著情況下，通過制備包含地標的特征參考圖以解決復雜環境下目標間接定位識別問題，為飛行器前視導航時間接定位識別目標提供支持。

實現本發明目的的一種利用多光譜圖像分類的參考圖制備方法，包括如下步驟：

（1）從多光譜圖像中選擇感興趣類，提取其光譜-空間紋理特征，并根據提取的光譜-空間紋理特征對所述多光譜圖像進行分類；

（2）在分類基礎上，利用地物形狀，數學形態學方法和地物空間關系優化感興趣類，從中提取出較完整的感興趣類，并運用地標選取準則從中選擇用作地標的感興趣類；

（3）根據地物材質特性、輻射特性參數，根據紅外輻射公式計算上述地標的輻射量；

（4）將所述輻射量值進行灰度映射，并據此制備參考圖。

作為本發明的改進，所述的光譜-空間紋理特征為將所述感興趣類的光譜特征和空間紋理特征分別抽取并歸一化后拼接組成。

作為本發明的改進，提取感興趣類的空間紋理特征中，首先在多光譜圖像上計算中心像元在每個圖像數據立方體上的旋轉不變均衡局部二值模式值，根據該模式值與模式出現次數的映射關系，獲得所述模式出現次數的值，以其作為空間紋理特征。

作為本發明的改進，所述紅外輻射公式如下：

L_d＝(L_direct+L_thermal)*τ_path+L_b