[發明專利]一種基于極坐標變換的圓形目標中心定位方法及系統

有效

• 申請號: 201911163930.8
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN111127546B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 吳雷;孫永榮
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/66
• 分類號: G06T7/66;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/13;G06T7/155;G06T5/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發明公開了一種基于極坐標變換的圓形目標中心定位方法及系統，通過目標檢測方法提取包含圓形目標的矩形區域，再進行極坐標變換，對極坐標變換后的圖像進行大津閾值分割及形態學處理，提取原圖中圓形目標邊緣的展開曲線；找出展開曲線的峰值和谷值，根據峰值與谷值計算當前展開中心與實際圓心的誤差，進而得到新的展開中心；以新的展開中心重復前述步驟進行迭代，并設置閾值，當展開曲線的峰值與谷值之間差值小于或等于該閾值時，迭代截止。本發明從圓形內部出發，對于圓外周存在豐富邊緣特征的物體具有極好的應用效果，并且通過對展開曲線進行局部極值抑制，可以有效地去除圓形周圍的離散噪點，提高圓形中心定位的精度。

技術領域

本發明涉及一種圖像目標定位方法及系統，特別是涉及一種基于極坐標變換的圓形目標中心定位方法及系統。

背景技術

圓形是一種幾何特征明顯、易于識別的形狀，相比其他形狀具有識別率高、噪聲抑制性強等優點，在光學測量與視覺導航中，圓形目標的檢測與定位有著廣泛的應用，如何精確快速地求解圓形中心是計算機視覺中的重要問題。

傳統的圓形目標中心定位方法，主要包括質心法、邊緣擬合法、高斯曲面法等。質心法是利用目標區域的灰度分布信息，將質心坐標作為圓心，它適用于目標成像區域灰度分布均勻的情況，缺點在于易受噪聲干擾。邊緣擬合方法需要利用圖像的邊緣信息，基于一定的準則對邊緣進行圓擬合，從而得到圓心坐標，常見的有最小二乘圓擬合方法等方法，準確地從圖像中提取邊緣信息是邊緣擬合法的前提條件，而有些物體圓形輪廓周圍存在豐富邊緣特征，例如加油錐套內圓的外圍存在大量傘骨構成的邊緣特征，這時圓邊緣的提取不再簡單，圓擬合所用的采樣點也難以精確找到。高斯曲面法是基于相機接收到的光強分布服從高斯分布，故采集得到的圖像的灰度分布是一個高斯曲面，通過最小二乘法求取高斯曲面函數的參數，就可以獲得目標的中心坐標，該方法的缺點在于計算量較大。

軟管式自主空中加油可以大幅度提升無人機的續航能力，它是加油機與受油機通過編隊配合，由受油機自主定位前方加油機上錐套相對自身的位置，并通過精準的控制實現受油機與加油錐套的精準對接的過程，其中受油機能夠自主準確的定位加油錐套的相對位置尤為關鍵，為后續的精確控制提供保障。目前，軟管式自主空中加油近距對接的定位導航手段為視覺導航輔助GPS/INS組合導航，視覺導航負責提供加油錐套與受油機之間的相對位置關系，在導航系統中起到了關鍵性的作用，而錐套目標的中心定位是視覺導航中至關重要的環節，空中加油的高動態、高危險性要求錐套目標的定位必須有較高的精度。

發明內容

發明目的：針對現有技術中的不足，本發明的目的之一是提供一種基于極坐標變換的圓形目標中心定位方法，采用化曲為直的思想，將圓形目標以其內部某點展開，根據展開曲線求取圓形中心；本發明的目的之二是提供一種基于極坐標變換的圓形目標中心定位系統。

技術方案：本發明的基于極坐標變換的圓形目標中心定位方法，包括如下步驟：

步驟一：通過目標檢測方法提取包含圓形目標的適當矩形區域，適當區域指的尺寸略大于目標且能完整地包含目標，計算矩形區域的寬度和高度，分別記為W、H，此時矩形區域的中心與圓形目標的中心存在一個初始誤差Δ₀(x₀，y₀)；

步驟二：將步驟一中的矩形區域進行極坐標變換，即按其中心展開，展開的方法是圍繞矩形中心等角度間隔地采樣；

步驟三：對極坐標變換后的圖像進行大津閾值分割及形態學處理，提取原圖中圓形目標邊緣的展開曲線；

步驟四：找出展開曲線的最大值和最小值，最大值即為峰值，最小值即為谷值，根據峰值與谷值計算當前展開中心與實際圓心的誤差，由此推算出初始中心誤差Δ₀(x₀，y₀)，進而得到新的展開中心；

步驟五：以新的展開中心重復步驟二到步驟四，直至展開曲線的峰值與谷值足夠接近，即其差值小于或等于一定的閾值，此時的展開中心便是圓形目標的圓心。