[發(fā)明專利]一種無人機全天候著艦合作目標(biāo)魯棒檢測及匹配方法

有效

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• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105279755B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝帥
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 景麗娜

本發(fā)明公開了一種無人機全天候著艦合作目標(biāo)魯棒檢測及匹配方法，包括步驟：一、合作目標(biāo)圖像獲取：采用圖像采集設(shè)備獲取著艦區(qū)域的圖像，所獲取圖像中包含熱紅外著艦合作目標(biāo)的圖像，熱紅外著艦合作目標(biāo)由五個布設(shè)在同一平面上且呈十字狀布設(shè)的加熱電爐組成；二、合作目標(biāo)圖像處理，過程如下：201、圖像預(yù)處理；202、基于顯著性區(qū)域的圖像分割；203、輪廓信息提取；204、熱紅外合作目標(biāo)檢測及匹配，包括步驟：距離約束、形狀約束和位置約束。本發(fā)明方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、檢測精度高、使用效果好，能實現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境下、遠(yuǎn)距離且全天候引導(dǎo)無人機著艦使用的合作目標(biāo)進(jìn)行精確、魯棒檢測及快速匹配。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于視覺導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種無人機全天候著艦合作目標(biāo)魯棒檢測及匹配方法。

背景技術(shù)

視覺相對導(dǎo)航以其自主性強、無源、引導(dǎo)精度高等優(yōu)點，使得基于視覺引導(dǎo)無人機著艦技術(shù)成為國內(nèi)外一個重要研究領(lǐng)域。目前從事該領(lǐng)域研究工作的機構(gòu)有國外的雷恩一大、美國海軍研究所院以及卡內(nèi)基梅隆大學(xué)等，國內(nèi)的主要研究機構(gòu)有北航、南航、西工大以及清華大學(xué)等。在利用視覺進(jìn)行著艦相對導(dǎo)航時，一個最重要部分就是合作目標(biāo)的設(shè)計及其合作目標(biāo)檢測算法。

目前，國內(nèi)外研究機構(gòu)所設(shè)計的著艦合作目標(biāo)類型主要包括由黑色和白色組成的合作目標(biāo)、由多種顏色組成的彩色合作目標(biāo)、近紅外合作目標(biāo)以及熱紅外合作目標(biāo)四種類型的合作目標(biāo)。由黑色和白色組成的合作目標(biāo)以及彩色合作目標(biāo)主要適用于能見度較好且距離合作目標(biāo)較近的情況，對于能見度較差如夜間、陰雨天以及距離合作目標(biāo)較遠(yuǎn)的情況下則無法使用。近紅外著艦合作目標(biāo)雖然可以在夜間實現(xiàn)對無人機的引導(dǎo)，但是它檢測距離有限，而且抗環(huán)境干擾能力不強。而由熱紅外源組成的合作目標(biāo)可以實現(xiàn)對艦載無人機全天候、遠(yuǎn)距離的引導(dǎo)，但是目前所設(shè)計的熱紅外合作目標(biāo)都采用一種固定的形狀(如H形或T形)，當(dāng)無人機距離該熱紅外合作目標(biāo)較遠(yuǎn)時，由于熱紅外圖像對比度低，分辨細(xì)節(jié)能力較差，使得該合作目標(biāo)特征信息(如角點)難以準(zhǔn)確提取及匹配。因而，在目前的研究成果中尚未發(fā)現(xiàn)滿足復(fù)雜環(huán)境下、遠(yuǎn)距離、全天候引導(dǎo)無人機著艦使用的合作目標(biāo)及相應(yīng)的實時性好、檢測精度高的檢測方法；并且，在準(zhǔn)確檢測出合作目標(biāo)后，如何準(zhǔn)確將圖像中檢測出的合作目標(biāo)特征點與事先標(biāo)定好的合作目標(biāo)特征點有效匹配也是一個關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種無人機全天候著艦合作目標(biāo)魯棒檢測及匹配方法，其方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、檢測精度高、使用效果好，能實現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境下、遠(yuǎn)距離且全天候引導(dǎo)無人機著艦使用的合作目標(biāo)進(jìn)行精確、魯棒檢測及快速匹配。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種無人機全天候著艦合作目標(biāo)魯棒檢測及匹配方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟一、合作目標(biāo)圖像獲取：采用圖像采集設(shè)備且按照預(yù)先設(shè)計的采樣頻率，獲取著艦區(qū)域的圖像，并將所獲取圖像同步傳送至處理器進(jìn)行處理；所獲取圖像中包含熱紅外著艦合作目標(biāo)的圖像；所述圖像采集設(shè)備與所述處理器相接；

所述熱紅外著艦合作目標(biāo)由五個布設(shè)在同一平面上的加熱電爐組成，五個所述加熱電爐的結(jié)構(gòu)、尺寸和加熱功率均相同；五個所述加熱電爐均包括電爐盤和布設(shè)在電爐盤上的紅外線加熱元件，所述電爐盤為圓形或正多邊形；五個所述加熱電爐分別為第一電爐以及分別布設(shè)于第一電爐正上方、正下方、左側(cè)和右側(cè)的第二電爐、第三電爐、第四電爐和第五電爐；所述第一電爐、第四電爐和第五電爐均布設(shè)在同一直線L1上，所述第一電爐、第二電爐和第三電爐均布設(shè)在同一直線L2上，所述直線L1與直線L2呈垂直布設(shè)；所述第三電爐、第四電爐和第五電爐與第一電爐之間的間距均為d，所述第二電爐與第一電爐之間的間距為(1.5～3)×d，其中d＝0.8m～1.2m；

步驟二、合作目標(biāo)圖像處理：采用所述處理器，同步對步驟一中各采樣時刻所獲取的圖像分別進(jìn)行處理，各采樣時刻所獲取圖像的處理方法均相同；對任一個采樣時刻所獲取的圖像進(jìn)行處理時，過程如下：