[發明專利]一種基于多感受野特征的自主空中加油錐套識別方法

在審

• 申請號: 202111139020.3
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113850259A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 馬躍博;顏坤;趙汝進;劉恩海;朱自發;易晉輝;曾思康;唐雨萍
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G06K9/32
• 分類號: G06K9/32;G06K9/46;G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 江亞平

一種基于多感受野卷積特征的自主空中加油錐套識別方法，步驟包括：(1)自適應待識別區域選擇；(2)提取多感受野卷積特征；(3)識別定位自主空中加油錐套目標；該方法以單目視覺圖像為基礎運用圖像處理方法自適應確定待識別區域，提取多感野特征以適應目標的大尺度變化，結合多尺度識別與定位策略構建自主空中加油目標識別系統，提高了自主空中加油目標識別系統的識別率和實時性。

技術領域

本發明涉及一種視覺目標識別方法，尤其涉及一種基于多感受野特征的自主空中加油錐套目標識別方法。

背景技術

基于視覺的目標識別在航空目標識別、工業智能化、智能安防和自主導航等方面具有深度應用。特別在自主空中加油領域中，加油機和加油錐套的準確識別是關乎自主空中加油任務能否成功的基礎環節。

目前自主空中加油識別技術，主要包括合作目標識別、非合作目標識別和基于特征設計的目標識別等技術。在自主空中加油視覺識別技術中，可以采用合作目標即在錐套目標上安裝發光二極管(Light Emitting Diodes LED)或對錐套進行著色處理以實現目標識別，根據段海濱等人的《基于計算機視覺的UAV自主空中加油半物理仿真》(參見《北京航空航天大學學報》2013年第39卷第11期)，采用了相機對安裝有LED的錐套目標進行成像，并應用點匹配與位姿估計算法對軟管式加油錐套LED標志識別。根據黃斌等人的《迭代最小二乘橢圓擬合的錐套圖像檢測與跟蹤》(參見《中國圖像圖形學報》2014年第19卷第8期)，以錐套內部加油口作為匹配特征，通過行列掃描內部邊緣擬合橢圓形狀參數進行錐套目標識別。均未涉及多感受野卷積特征的應用，且采用模板匹配和形狀參數精確匹配模板，存在難以適應大尺度變化和光照強度變化問題，且未涉及卷積神經網絡預測殘差的識別策略。

發明內容

本發明解決的技術問題是：提供一種基于多感受野特征的自主空中加油錐套識別方法。該方法利用自適應的待識別區域選擇，并通過提取待識別圖像區域的多感受野特征，并利用卷積神經網絡的多尺度殘差預測策略和非極大值抑制算法識別出目標的區域位置。采用多感受野特征能通過訓練學習增強目標特征的表達能力，同時多尺度殘差預測策略融合目標細節特征和語義特征。有效提高了不同光照環境下的適應性，從而提高目標識別的準確性和魯棒性。

本發明技術方案如下：

一種基于多感受野卷積特征的自主空中加油錐套識別方法，該方法包括如下步驟：

步驟(1)：通過自適應待識別區域選擇方法對采集得到圖像進行高斯平滑濾波和基于Canny算子的邊緣檢測得到二值圖像，對二值圖像進行形態學處理，基于圖像中的邊緣特征自適應地構建待識別區域；

步驟(2)：通過多感受野特征提取網絡對步驟(1)中構建的待識別區域進行多感受野卷積特征提??；

步驟(3)：通過基于多尺度深度殘差目標預測網絡對步驟(2)中提取的多感受野卷積特征進行錐套目標識別與定位；

其中，步驟(1)包括以下具體步驟：

步驟(1-1)，采用高斯核對圖像進行平滑濾波，以消除圖像的細節部分并保留圖像中目標的輪廓，提供基礎輪廓特征；

B(x,y)＝I(x,y)*G(x,y)

其中，G(x,y)為高斯核，σ為高斯核方差，x和y為圖像像素坐標，I(x,y)為原始圖像，B(x，y)為輪廓圖像；

步驟(1-2)，對步驟(1-1)中得到的輪廓圖像基于Canny算子提取邊緣圖像；

Bw(x,y)＝Canny(B(x,y))

其中，Bw(x,y)為邊緣圖像；