[發明專利]一種基于三維重建的遠距離目標毀傷評估方法

在審

• 申請號: 202211328081.9
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115690623A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 馬耀飛;呂建昊;周郁文;張文欣
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06V20/17
• 分類號: G06V20/17;G06V10/147;G06V10/26;G06V10/25;G06V20/64;G06T7/269;G06T7/73;G06T15/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

本發明提供了一種基于三維重建的遠距離目標毀傷評估方法。本發明方法針對遠距離靜態目標，通過在無人機上搭載變焦雙目相機拍攝目標所在區域，進行快速三維重建，進行實現精準的毀傷狀態評估。本發明方法中無人機上搭載的變焦雙目相機在拍攝圖像時采用均衡變焦成像策略，控制無人機在多個位置分別拍攝目標圖像，相鄰位置距離作為虛擬雙目基線，對拍攝的圖像進行多目標檢測，并對目標圖像進行雙目圖像校正和雙目匹配后，進行目標三維重構，利用獲得的目標三維點云模型評估目標的毀傷狀態。本發明實現了一種低成本、遠距離(≥300米)目標的快速精準三維目標成像技術，為最終準確評估目標的毀傷狀態提供了有效的外形立體數據。

技術領域

本發明涉及計算機視覺、目標三維重建以及目標毀傷評估等技術領域，具體涉及一種通過無人機機載光學相機實現對戰場靜態目標的毀傷狀態進行評估的低成本方法。

背景技術

在戰場中，為提升對軍事目標的打擊效率，對目標的毀傷狀態進行精準評估是不可缺少的一個環節。通過毀傷狀態評估，攻擊方可以判定是否需要繼續向該目標分配火力，從而顯著提高彈藥的利用效率。

傳統的毀傷評估方式包括人員抵近偵察、遙感圖像分析等方式。人員抵近偵察需要軍事人員抵近到目標區域附近、通過目視觀察的方式評估目標毀傷狀態，這為軍事人員帶來了極大的人身安全威脅。遙感圖像分析是通過飛機或衛星獲得目標區域的遙感圖像，再通過變化檢測分析目標發生變化的信息，從而評估其毀傷狀態。這個過程需要對遙感圖像進行處理分析，涉及圖像配準、輻射校正、圖像變換、圖像差分、幾何結構特征的變化檢測等技術環節，一般適于較大區域內毀傷綜合評估，難以對特定目標毀傷進行精確評估。此外，遙感圖像的獲得成本較高。

發明內容

針對上述戰場上對特定目標難以精確評估毀傷狀態，不利于后繼火力分配的問題，本發明提出一種基于三維重建的遠距離目標毀傷評估方法，基于無人機和三維重建技術，針對遠距離靜態目標，在無人機上配置現場傳感器對目標外形進行快速三維重建，再通過對比目標正常狀態和當前狀態下的三維外形實現精準的毀傷狀態評估。

本發明提供的一種基于三維重建的遠距離目標毀傷評估方法，包括：

(1)無人機上搭載變焦雙目相機拍攝目標所在區域，在拍攝圖像時采用均衡變焦成像策略；所述均衡變焦成像策略是：先設計調整相機視場角的恒定精度變焦曲線，將恒定精度變焦曲線的有效變焦段拉伸至整個有效工作距離，得到均衡變焦曲線，在目標深度不同時按照均衡變焦曲線調整相機視場角，進行相機變焦；其中整個有效工作距離的長度大于等于300米；

(2)對無人機拍攝的連續圖像進行多目標檢測、目標圖像分割與目標幀間定位，包括：

利用多目標檢測分割模塊檢測目標圖像區域，將目標區域從圖像中裁剪出來；再利用目標圖像定位形心計算模塊計算每個目標區域的形心作為目標圖像位置的坐標；然后利用稀疏光流追蹤的多目標幀間對應計算模塊通過稀疏光流追蹤目標圖像內關鍵點在連續圖像中的位置，計算目標圖像內關鍵點的光流平均值，作為目標整體位置偏移量，根據該偏移量判斷相鄰圖像幀上的目標對應關系；

(3)實現基于虛擬雙目基線的遠距離目標三維重建，包括：控制無人機在相距設定距離D的N個位置分別拍攝目標圖像，每相鄰位置距離作為虛擬雙目基線；利用步驟(2)對拍攝的圖像進行多目標檢測、目標圖像分割與目標幀間定位；將拍攝的多個目標圖像進行雙目圖像校正和雙目匹配后，進行目標三維重構，獲得目標三維點云模型；設定距離D大于等于十米，N大于等于2；

(4)根據獲得的目標三維點云模型評估目標的毀傷狀態。

相對于現有技術，本發明的優點與積極效果在于：

(1)本發明方法通過在無人機上配置現場傳感器，實現對目標外形快速三維重建，通過對比目標正常狀態和當前狀態下的三維外形，實現精準的毀傷狀態評估，為軍事人員提供一種安全、低成本、自動化的評估手段，以便于實現“量敵用兵、量情用彈”。