[發明專利]一種用于空中加油的仿鷹眼視覺運動目標檢測方法

在審

• 申請號: 201710028113.6
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106875403A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 段海濱;王曉華;張平
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/136;G06T7/246
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明是一種用于空中加油的仿鷹眼視覺運動目標檢測方法，其實施步驟為：步驟一：獲取受油機航拍圖像；步驟二：參數初始化；步驟三：受油機航拍圖像超像素分割；步驟四：受油機航拍圖像塊劃分；步驟五：計算單幀圖像的視頂蓋細胞響應；步驟六：計算下一幀圖像的細胞響應；步驟七：計算相鄰兩幀圖像的運動目標細胞響應；步驟八：計算運動目標細胞響應幅值；步驟九：計算各超像素運動目標細胞響應幅值；步驟十：確定運動目標圖像坐標；步驟十一：儲存運動目標檢測結果。本發明提出的仿鷹眼視覺運動目標檢測方法能夠準確提取無人機硬式加油過程中的受油口，準確確定受油口位置，該方法具有較高的準確性和魯棒性。

一、技術領域

本發明是一種用于空中加油的仿鷹眼視覺運動目標檢測方法，屬于計算機視覺技術領域。

二、背景技術

無人機作為無人駕駛的航空飛行器在軍事和民用方面均有著廣泛的應用。但是由于攜帶燃油量有限，無人機的航行距離和載荷能力受到了嚴重的制約。為了提高無人機性能和功能，拓展其作戰能力邊界，提高作戰性能，美國等紛紛將無人機自主空中加油技術列入當前研究重點。無人機空中加油技術的應用能夠大大增加其續航時間，為攜帶更多的任務載荷提供可能。無人機空中加油系統主要可分為軟式(插頭-錐套式)和硬式(伸縮管式)兩種。

硬式空中加油系統具有加油效率高，速度快，對受油機機動性要求較低等優點，且可給大型飛機加油。因此，目前在美國空軍中主要采用的是硬式空中加油系統。硬式空中加油系統的主體是安裝在加油機尾部的伸縮套管，套管根部用萬向鉸鏈與加油機尾部承力機構相連，伸縮套管本身由內、外套管組成。不加油時伸縮套管縮至最短。加油時放下伸縮套管，受油機進入對接范圍后，操縱加油嘴插入受油機背部的受油插座并鎖定。加油過程中受油機可在一定范圍內機動。加油完畢后，操縱縮回內管，拔出加油嘴，受油機脫離。本專利主要用于解決硬式空中加油過程中的受油口運動目標檢測。

相對于其他導引技術，視覺導引技術具有精度高、成本低、不依賴外部信息等特點，因此視覺導引是無人機空中加油的一種可行導引方案，且是當前無人機自主空中加油技術的一個研究熱點。在視覺導引方案中相機放置在加油機的伸縮管附近，同時在受油機的受油口附近添加特定的視覺標識，當無人機與加油機靠近時，拍攝無人機上方的受油口的標識，并進行后續圖像處理，從而實現對受油機的準確檢測。

仿生視覺信息處理機制相比于一般的計算機視覺具有處理速度快、精度高等優勢，并因此得到了廣泛研究。鷹的生活環境和捕食習慣決定了其更加適用于由上而下的視景下的目標檢測，尤其是在目標較小、目標與背景對比度較低、目標與背景有明顯相對運動情況下的目標檢測，這與無人機空中加油運動目標檢測的任務需求相吻合。鷹視頂蓋細胞接受來自對側視網膜的投射，其感受野通常由一個興奮性的中心和一個抑制性周邊構成，且中心區域相對較小，周邊區域相對較大。視頂蓋可分成15層，其細胞感受野隨著深度增加而逐漸增大，可能反映視頂蓋細胞對視覺信息的整合作用，深層細胞對淺層細胞由整合匯聚作用。研究表明70％的視頂蓋細胞對運動敏感，這些運動敏感神經元中30％具有高度的方向選擇性。如果能夠模擬視頂蓋細胞的運動敏感特性及深層細胞對淺層細胞的整合匯聚作用，并將鷹眼的運動目標檢測機制運用于無人機空中加油中，將有可能從很大程度上提高運動目標檢測的準確性和實時性。本發明使用E-I網絡模型模擬鷹視頂蓋細胞感受野，計算圖像對應的離頂蓋細胞響應，并使用簡單迭代線性聚類超像素分割方法模擬鷹的深層視頂蓋細胞對淺層視頂蓋細胞響應的匯聚作用，通過計算各超像素的仿鷹視頂蓋運動目標細胞響應得到加油機所在位置信息。

無人機加油過程中，視覺系統的圖像輸入數據可以看作是由基函數線性組合而成：