[發(fā)明專利]一種針對旋翼無人機(jī)防控的雙階段關(guān)鍵部位識別方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210740974.8
• 申請日: 2022-06-27
• 公開（公告）號: CN115019064A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顏露新;徐昆侖;鄒旭;徐文輝;鐘勝
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);深圳華中科技大學(xué)研究院
• 主分類號: G06V10/46
• 分類號: G06V10/46;G06V10/25;G06V10/764;G06V10/774;G06V10/82;G06N3/04;G06N3/08;G06F16/58
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 彭軍芬

本發(fā)明公開了一種針對旋翼無人機(jī)防控的雙階段關(guān)鍵部位識別方法，屬于圖像處理領(lǐng)域。本發(fā)明將旋翼無人機(jī)部位識別轉(zhuǎn)化成關(guān)鍵部位中心點識別，利用了關(guān)鍵點檢測網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)建模能力，不僅可對清晰可見的部位進(jìn)行準(zhǔn)確定位，也可對模糊、被遮擋部位給出可靠的位置預(yù)測。此外，本發(fā)明采用雙階段檢測方式，即先檢測旋翼無人機(jī)目標(biāo)區(qū)域，再對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行縮放和關(guān)鍵部位中心點檢測；一方面固定了輸入旋翼無人機(jī)的尺度，降低了輸入復(fù)雜度，有助于提升檢測效果，另一方面，克服了旋翼無人機(jī)尺寸過小時，部位定位困難、相對誤差大的問題。因此，本發(fā)明可實現(xiàn)旋翼無人機(jī)關(guān)鍵部位準(zhǔn)確定位，有助于提高無人機(jī)防控系統(tǒng)工作性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種針對旋翼無人機(jī)防控的雙階段關(guān)鍵部位識別方法。

背景技術(shù)

因此，無人機(jī)防控具有十分重大的安全意義，其中，激光毀傷是一種重要手段，具有反應(yīng)靈敏、無電磁污染、作用距離遠(yuǎn)等優(yōu)點，而旋翼無人機(jī)部件識別是提高毀傷率的重要途徑。

在進(jìn)行旋翼無人機(jī)毀傷時，對動力系統(tǒng)進(jìn)行破壞是一種高效的攻擊手段，主要攻擊包括電機(jī)、機(jī)臂和電池。其中電機(jī)是位于旋翼下方的動力裝置，是旋翼轉(zhuǎn)動的動力來源；機(jī)臂為連接電機(jī)和機(jī)身的機(jī)械裝置，內(nèi)部藏有輸電線路；電池位于旋翼無人機(jī)機(jī)身中部，為供能裝置。故破壞電機(jī)、機(jī)臂、電池部位之一均可使旋翼無人機(jī)動力系統(tǒng)癱瘓。

由于無人機(jī)的姿態(tài)多變，無人機(jī)部位間距離近甚至相互遮擋的情況經(jīng)常出現(xiàn)，而目標(biāo)檢測領(lǐng)域內(nèi)慣用的邊框非極大值抑制(NMS)策略會抑制邊框重疊度高的檢測結(jié)果，容易導(dǎo)致當(dāng)兩部位距離近或者部分遮擋時只能識別出其中一個的情況。

由于上述三種部位在圖像中的尺寸往往十分微小，一階段的檢測技術(shù)難以將其檢測出來。武漢大學(xué)在其專利申請“一種基于部件的多層并行網(wǎng)絡(luò) SAR圖像飛機(jī)目標(biāo)檢測方法”(專利申請?zhí)枺篊N201710852460.0，專利公開號：CN107657224A)中直接標(biāo)注飛機(jī)部件包圍框并訓(xùn)練改進(jìn)的YOLO算法網(wǎng)絡(luò)，該方法考慮到“圖像中飛機(jī)目標(biāo)較小，通常由數(shù)十個或者上百個像素點組成，子部件過于細(xì)分之后，每個部件所擁有的像素點更小，給檢測帶來很大的難度”，因此僅將飛機(jī)劃分為兩個子部件(兩部件像素數(shù)各為飛機(jī) 50％左右)。所以一階段的檢測技術(shù)難以實現(xiàn)部件的精細(xì)識別。

此外，若僅考慮部件中心點預(yù)測性能，當(dāng)部件越小時，采用一階段的檢測方法相對誤差越大。例如，假設(shè)網(wǎng)絡(luò)對各尺度部件的識別偏差均為Δ，部件尺度為s，則部件識別的相對誤差為所以，當(dāng)部件越小時，一階段檢測方法的可靠性越低。

綜上所述，需要提高旋翼無人機(jī)關(guān)鍵部位的識別性能，以解決部件距離近和部件尺寸微小時容易出現(xiàn)漏檢、部件尺寸小越小時檢測結(jié)果相對誤差越大的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種針對旋翼無人機(jī)防控的雙階段關(guān)鍵部位識別方法，其目的在于實現(xiàn)高精度的旋翼無人機(jī)關(guān)鍵部位識別性能，為旋翼無人機(jī)防控提供精確的部件位置信息，由此解決部件距離近和部件尺寸微小時容易出現(xiàn)漏檢、部件尺寸小越小時檢測結(jié)果相對誤差越大的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種針對旋翼無人機(jī)防控的雙階段關(guān)鍵部位識別方法，包括：

S1.構(gòu)建數(shù)據(jù)庫；

對收集的無人機(jī)圖像中無人機(jī)邊框和關(guān)鍵部位中心點進(jìn)行標(biāo)注；

關(guān)鍵部位中心點標(biāo)記內(nèi)容包括坐標(biāo)和類別；關(guān)鍵部位中心點所屬類別包括電機(jī)、機(jī)臂和電池；

S2.離線訓(xùn)練；

構(gòu)建旋翼無人機(jī)邊框檢測網(wǎng)絡(luò)，并利用無人機(jī)圖像和無人機(jī)邊框標(biāo)注信息對其進(jìn)行訓(xùn)練，得到旋翼無人機(jī)邊框檢測模型；

構(gòu)建基于熱力圖回歸的關(guān)鍵部位中心點檢測網(wǎng)絡(luò)，并利用無人機(jī)圖像、無人機(jī)邊框標(biāo)注信息和關(guān)鍵部位中心點標(biāo)注信息對其進(jìn)行訓(xùn)練，得到關(guān)鍵部位中心點檢測模型；