[發(fā)明專利]一種飛機飛行姿態(tài)的視覺圖像識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711458725.5
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108052942B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何博俠;楊雨詩;劉輝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G06K9/32
• 分類號: G06K9/32;G06K9/62
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱寶慶

1.一種飛機飛行姿態(tài)的視覺圖像識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S101，采集飛機飛行實時圖像或離線單幀/序列圖像；

步驟S102，采用自適應(yīng)中值濾波對圖像去噪；

步驟S103，采用移動平均自適應(yīng)閾值法對去噪圖像二值化；

步驟S104，采用形態(tài)學(xué)操作對前景處理，填充區(qū)域內(nèi)空洞，獲得連通域；

步驟S105，按照飛機特征相似度指標(biāo)初步篩選獲得疑似目標(biāo)集；

步驟S106，利用多尺度內(nèi)角點算子檢測疑似目標(biāo)集中各目標(biāo)的凹角點與凸角點，連接各目標(biāo)的凹、凸角點形成各目標(biāo)的輪廓；

步驟S107，根據(jù)待測目標(biāo)輪廓特征建立多特征融合匹配度指標(biāo)，應(yīng)用該指標(biāo)從疑似目標(biāo)集中識別出待測飛機的輪廓；

步驟S108，建立飛機飛行姿態(tài)仿真模板庫；

步驟S109，采用局部預(yù)測搜索和模板匹配策略，在仿真模板庫中獲取與目標(biāo)飛機輪廓最相似的角度編碼模板圖像；

步驟S110，從匹配到的角度編碼圖像中解算出當(dāng)前幀飛機飛行的實際姿態(tài)參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S105的具體過程在于，計算所提取連通域的面積和周長兩個特征，按照如下飛機特征相似度指標(biāo)公式進(jìn)行篩選獲得疑似目標(biāo)集：

s＞C (1)

同時滿足時(1)、(2)兩式的連通域為疑似目標(biāo)并放入疑似目標(biāo)集；其中s為連通域的面積，l為連通域的周長，C為目標(biāo)飛機連通域面積的最小值；a和b分別為待測目標(biāo)飛機連通域面積周長比的最小值和最大值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S107的具體過程在于，將所提取矩形度、致密度及Hu不變矩的歐氏距離三個指標(biāo)按照如下匹配度指標(biāo)公式進(jìn)行加權(quán)計算獲得匹配度指標(biāo)值：

F＝α|f₁-f_1m|+β|f₂-f_2m|+γf₃ (3)

當(dāng)F小于預(yù)先設(shè)定的閾值時，輪廓為所選目標(biāo)；其中f₁為目標(biāo)矩形度，f₂為目標(biāo)致密度，f_1m為模板矩形度，f_2m為模板致密度，f₃為目標(biāo)與模板Hu不變矩的歐氏距離，α、β、γ為每一項特征指標(biāo)的權(quán)值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S108中所述的仿真模板庫的建立過程為：

步驟S1081，利用OpenGL建立模擬成像環(huán)境，依據(jù)待測飛機及其與觀測點之間的距離和角度，設(shè)置仿真環(huán)境的參數(shù)；

步驟S1082，將飛機3D模型導(dǎo)入OpenGL，將俯仰角、橫滾角、偏航角在360°范圍內(nèi)按一定步長角θ劃分，組合出組飛機的飛行姿態(tài)，并生成以視點為基點的2D仿真角度編碼模板圖像，得到仿真模板庫。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S109中采用局部預(yù)測搜索策略在飛機飛行姿態(tài)仿真模板庫中獲取與目標(biāo)輪廓最相似的圖像的具體過程在于：

步驟S1091，選取輪廓與方位角相關(guān)系數(shù)作為相似性度量準(zhǔn)則，得到某一時刻仿真模板庫中所有圖像與輸入圖像之間的相關(guān)系數(shù)矩陣，矩陣中每個點代表了飛機飛行姿態(tài)仿真模板庫中的一個姿態(tài)；

步驟S1092，設(shè)k-1時刻目標(biāo)處于姿態(tài)B點，k時刻目標(biāo)處于姿態(tài)P點；

步驟S1093，從B點出發(fā)，根據(jù)k-1時刻目標(biāo)機動方向，預(yù)測目標(biāo)俯仰角變化的方向，在相關(guān)系數(shù)矩陣中搜索俯仰角的最大值O點；

步驟S1094，從姿態(tài)O點預(yù)測目標(biāo)橫滾角變化的方向，在相關(guān)系數(shù)矩陣中搜索橫滾角的最大值Q點；

步驟S1095，從姿態(tài)Q點預(yù)測目標(biāo)偏航角變化的方向，在相關(guān)系數(shù)矩陣中搜索偏航角的最大值P點，P點對應(yīng)的模型即為最佳匹配模型。