專利名稱：一種空地圖像制導武器目標識別方法
技術領域：
本發(fā)明屬于圖像處理與機器視覺領域，涉及一種目標識別方法，特別涉及一種空地圖像制導武器目標識別方法。
背景技術：
空地圖像制導武器的一個發(fā)展趨勢是制導過程的全自動化和智能化。應用人工智能技術，自適應地進行自動目標探測和識別，具有反應速度快，制導精度高，抗干擾能力強，效費比高等優(yōu)點，很適應于未來高技術的復雜作戰(zhàn)環(huán)境。美、俄等國家都很重視和致力于這方面的研究，國外應用了成像自動目標識別(ATR)技術的導彈或炸彈計劃包括:美國SLAM2ER空地導彈、JDAM制導炸彈、JSOW空地導彈、JASSM空地導彈、SDB I1、低成本圖像制導火箭彈(LOGIR)，英國“風暴前兆”空地導彈，法國“斯卡耳普”空地導彈，日本ASM-2C反艦導彈，德國/瑞典KETO-350空地導彈等。對于國內(nèi)制導武器研究而言，自動目標識別技術還可解決末制導武器對載機的依賴，滿足載機無法提供數(shù)據(jù)鏈支持的用戶需求，適用于面向不同載機掛裝的需要。自動目標識別系統(tǒng)是一個涉及到傳感器、算法、處理器和目標環(huán)境特性的復雜系統(tǒng)，必須從以算法為中心轉(zhuǎn)換到以產(chǎn)品為中心的研究思路，要采用系統(tǒng)工程方法有效、準確地定義自動目標識別產(chǎn)品的需求和關鍵的系統(tǒng)設計權(quán)衡空間。要以多學科綜合設計的理念，根據(jù)作戰(zhàn)使命、目標和環(huán)境特性以及目標探測傳感器的特性和實時信息處理器的水平，通過系統(tǒng)、綜合的分析進行識別系統(tǒng)方案的選擇和評估，使系統(tǒng)的整體性能達到最優(yōu)?；谀０迤ヅ涞淖詣幽繕俗R別方法根據(jù)導引頭提前裝訂的目標模板圖像，當武器臨近目標時，成像傳感器實時拍攝目標所在區(qū)域圖像，將模板圖像在實時圖像中以一定的偏移量移位，然后計算模板圖像和實時圖像重疊區(qū)域的匹配度，將最佳匹配區(qū)域確定為識別目標位置。這類方法由于計算量小、識別精度高，得到廣泛的應用，近年來，已有多種用于攻擊大型固定目標的成像制導武器采用了基于前視模板匹配的ATR技術，具備了自動目標捕獲能力，如美國的SLAM2ER、JDAM、AGM158和AGM154C，英國的風暴前兆，法國的斯卡耳普，南非的MUPSOW等空地導彈。由于常用的模板匹配僅具有平移不變性，而不具有旋轉(zhuǎn)不變性、尺度不變性，而末制導階段制導武器的飛行姿態(tài)、與目標的距離和目標姿態(tài)均會發(fā)生較大變化，如果導引頭實時采集的圖像和裝訂的模板圖像具有不同的尺度和視角，直接匹配將造成誤匹配，無法準確定位出目標位置；如果采用多種尺度、視角的模板將使導引頭計算量成級數(shù)增加，導引頭計算機無法滿足實時性要求，影響該方法應用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種空地圖像制導武器目標識別方法，提高模板匹配算法的匹配概率，實現(xiàn)空地圖像制導武器對目標進行正確快速的識別與跟蹤。
本發(fā)明技術解決方案:一種空地圖像制導武器目標識別方法，實現(xiàn)步驟如下:(I)原始目標模板圖像和空地圖像制導武器彈道信息準備(11)在空地圖像制導武器飛行任務前利用目標偵察拍攝目標基準圖像，同時獲得采集基準圖像的位置和姿態(tài)信息，然后根據(jù)實際需要在基準圖像中選擇一定大小的目標模板圖像；(12)準備空地圖像制導武器飛行過程中的彈道信息，包括位置信息和姿態(tài)信息；(2)生成目標模板圖像序列并裝訂入制導炸彈的導引頭(21)根據(jù)每一時刻的彈道位置信息對原始目標模板圖像進行尺度變換，得到與空地圖像制導武器實際飛行過程中拍攝的目標實時圖像尺度相同的目標模板圖像序列；(22)根據(jù)每一時刻的彈道姿態(tài)信息對(21)中得到的模板圖像序列進行視角變換，得到與空地圖像制導武器實際飛行過程中拍攝的目標實時圖像尺度和視角均相同的目標豐吳板圖像序列；(23)將(22)中得到的目標模板圖像序列裝訂入空地圖像制導武器的導引頭；(3)空地圖像制導武器在轉(zhuǎn)入末制導階段后，導引頭采集實時圖像，根據(jù)導航信息從目標模板圖像序列中選取對應的目標模板圖像，并根據(jù)一定的匹配度度量準則對目標模板圖像和實時圖像進行模板匹配；(4)如果匹配成功，則可得到目標在實時圖像中的位置，并根據(jù)匹配結(jié)果進行目標模板更新，轉(zhuǎn)入目標跟蹤過程，否則轉(zhuǎn)入(3)重新采集目標實時圖像進行目標識別。所述匹配度度量準則采用平均絕對差算法。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:(I)結(jié)合導航信息和彈道提供的位置和姿態(tài)信息保證目標模板圖像和實時圖像具有相同的尺度和視角，提高模板匹配算法的匹配概率，實現(xiàn)空地圖像制導武器對目標進行正確快速的識別與跟蹤。(2)本發(fā)明解決了模板匹配不適用于尺度變化、視角變化等問題，具有實時性高、目標識別可靠和對硬件要求低等優(yōu)點，在空地武器圖像制導中具有良好的應用前景。


圖1為本發(fā)明方法實現(xiàn)流程圖；圖2為本發(fā)明中尺度變換關系圖；圖3為本發(fā)明中相機成像模型圖；圖4為本發(fā)明中歐拉角示意圖；圖5為本發(fā)明中基于區(qū)域灰度的模板匹配方法示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明具體實現(xiàn)步驟如下:步驟一，原始目標模板圖像和空地圖像制導武器彈道信息準備。(11)在空地圖像制導武器飛行任務前利用目標偵察拍攝目標基準圖像，同時獲得采集基準圖像的位置和姿態(tài)信息，然后根據(jù)實際需要在基準圖中選擇一定大小的目標模板圖像。
(12)準備空地圖像制導武器飛行過程中的彈道信息，包括位置信息和姿態(tài)信息。步驟二、生成目標模板圖像序列并裝訂入制導炸彈的導引頭。(21)根據(jù)每一時刻的彈道位置信息對原始目標模板圖像進行尺度變換，得到與空地圖像制導武器實際飛行過程中拍攝的目標實時圖像尺度相同的目標模板圖像序列。如圖2所示，假設拍攝基準圖的高度為Ii1，視場角為a i，分辨率為R1，而導引頭的高度為h2，視場角為Ci2，分辨率為R2，則可以根據(jù)拍攝的位置信息建立起基準圖像與實時圖像之間的尺度換算關系:
權(quán)利要求
1.種空地圖像制導武器目標識別方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下: (1)原始目標模板圖像和空地圖像制導武器彈道信息準備 (11)在空地圖像制導武器飛行任務前利用目標偵察拍攝目標基準圖像，同時獲得采集基準圖像的位置和姿態(tài)信息，然后根據(jù)實際需要在基準圖像中選擇一定大小的目標模板圖像； (12)準備空地圖像制導武器飛行過程中的彈道信息，包括位置信息和姿態(tài)信息； (2)生成目標模板圖像序列并裝訂入制導炸彈的導引頭 (21)根據(jù)每一時刻的彈道位置信息對原始目標模板圖像進行尺度變換，得到與空地圖像制導武器實際飛行過程中拍攝的目標實時圖像尺度相同的目標模板圖像序列； (22)根據(jù)每一時刻的彈道姿態(tài)信息對步驟(21)中得到的目標模板圖像序列進行視角變換，得到與空地圖像制導武器實際飛行過程中拍攝的目標實時圖像尺度和視角均相同的目標1吳板圖像序列； (23)將步驟(22)中得到的目標模板圖像序列裝訂入空地圖像制導武器的導引頭； (3)空地圖像制導武器在轉(zhuǎn)入末制導階段后，導引頭采集目標實時圖像，并根據(jù)導航信息從目標模板圖像序列中選取相應的目標模板圖像，并根據(jù)一定的匹配度度量準則對目標模板圖像和目標實時圖像進行模板匹配； (4)如果匹配成功，則可得到目標在實時圖像中的位置，并根據(jù)匹配結(jié)果進行目標模板更新，轉(zhuǎn)入目標跟蹤過程，否則轉(zhuǎn)入步驟(3)重新采集目標實時圖像進行目標識別。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空地圖像制導武器目標識別方法，其特征在于:所述匹配度度量準則采用平均絕對差算法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空地圖像制導武器目標識別方法，適用于地面固定目標的識別。該方法利用目標偵察獲得基準圖像及對應的位置和姿態(tài)信息，任務規(guī)劃時在基準圖像中選取原始目標模板圖像，根據(jù)彈道信息對其進行圖像變換生成目標模板圖像序列，使各個彈道位置的目標模板圖像與實際飛行時獲得的實時圖像具有相同的尺度和視角，導引頭根據(jù)導航信息選取相應的目標模板圖像與實時圖像進行匹配得到目標在實時圖像中的位置。本發(fā)明通過導航、彈道與圖像處理一體化設計，解決了常用模板匹配目標識別方法不適用于尺度變化、視角變化的問題，簡化了導引頭的圖像信息處理，提高了模板匹配的匹配概率，可用于空地圖像制導武器末段自動識別目標，具有良好的應用前景。
文檔編號G06K9/00GK103093193SQ20121059504
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者趙曉霞, 王懷野, 王冬, 溫陽, 郭慧敏, 宋敏, 劉松博, 張軍, 彌曼, 邵愛東, 牛盅凱 申請人:中國航天時代電子公司