機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法
【專利摘要】機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法，屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)，解決現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法實(shí)時(shí)性差、校正效率低的問(wèn)題。本發(fā)明包括兩個(gè)步驟，地面知識(shí)準(zhǔn)備步驟包括獲取正視影像圖和生成正視參考圖子步驟；實(shí)時(shí)遙感飛行處理步驟包括獲取實(shí)時(shí)圖像、選取子參考圖、透視變換、目標(biāo)機(jī)場(chǎng)光學(xué)圖像校正、模板匹配提取機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域、機(jī)場(chǎng)跑道圖像校正、分割檢測(cè)疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域、疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域校正、疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域回填、機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域回填子步驟。本發(fā)明將校正范圍約束在機(jī)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，集中在疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域上，提高了實(shí)時(shí)性，改善了校正效果，適用于高超聲速飛行器對(duì)遙感、探測(cè)、導(dǎo)航和制導(dǎo)過(guò)程中獲取的機(jī)場(chǎng)圖像進(jìn)行氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正。
【專利說(shuō)明】機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)，具體涉及一種機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法，用于高超聲速飛行器遙感、探測(cè)、導(dǎo)航和制導(dǎo)。
【背景技術(shù)】
[0002]高超聲速飛行器遙感、探測(cè)、導(dǎo)航和制導(dǎo)是二十一世紀(jì)航空航天事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要領(lǐng)域，在未來(lái)的高科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。但是由于飛行速度高于聲速三倍以上，以高超聲速飛行器為平臺(tái)的遙感、探測(cè)、導(dǎo)航和制導(dǎo)面臨氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)的挑戰(zhàn)。 [0003]氣動(dòng)光學(xué)是研究高速繞流對(duì)高速飛行器成像探測(cè)的影響的一門學(xué)科。載有光學(xué)成像探測(cè)系統(tǒng)的高速飛行器在大氣層內(nèi)飛行時(shí)，光學(xué)頭罩與來(lái)流之間形成復(fù)雜的流場(chǎng)，對(duì)光學(xué)成像探測(cè)系統(tǒng)造成除熱輻射外的光學(xué)波前傳輸畸變或傳輸干擾，引起被觀測(cè)對(duì)象圖像的偏移、抖動(dòng)、模糊，這種效應(yīng)就稱為氣動(dòng)光學(xué)傳輸效應(yīng)。這種效應(yīng)造成圖像模糊，降低了圖像質(zhì)量，嚴(yán)重影響了探測(cè)精度，甚至導(dǎo)致遙感、探測(cè)、導(dǎo)航和制導(dǎo)功能的喪失。因此需要對(duì)圖像進(jìn)行氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正，以提高圖像質(zhì)量。
[0004]在高超聲速飛行器的遙感、探測(cè)、導(dǎo)航和制導(dǎo)中，機(jī)場(chǎng)目標(biāo)是一類重要地物，機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正具有實(shí)際意義?，F(xiàn)有的校正算法如盲目反卷積算法，針對(duì)全圖進(jìn)行校正，采用大量迭代，導(dǎo)致算法耗時(shí)長(zhǎng)，達(dá)不到實(shí)時(shí)性，且效果不理想。飛行器的高超聲速飛行以及成像系統(tǒng)的高幀頻特性，對(duì)于校正算法的運(yùn)算效率和性能提出了更高的要求，目前的氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正算法并不能滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法，解決現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法實(shí)時(shí)性差、校正效率低的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明所提供的一種機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法，包括建立地面知識(shí)準(zhǔn)備步驟和實(shí)時(shí)遙感飛行處理步驟，其特征在于:
[0007](I)地面知識(shí)準(zhǔn)備步驟，包括下述子步驟:
[0008](1.1)猶取正視影像圖:
[0009]從Google衛(wèi)星圖片中獲取不同拍攝高度的、包含整個(gè)目標(biāo)機(jī)場(chǎng)區(qū)域的正視影像圖Qk，O < k≤20，表示拍攝高度為k公里；
[0010](1.2)生成正視參考圖:
[0011]由所述正視影像圖Qk，生成多尺度下二值的機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk ；
[0012](2)實(shí)時(shí)遙感飛行處理步驟，包括下述子步驟:
[0013](2.1)獲取實(shí)時(shí)圖像:
[0014]高超聲速飛行器實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)機(jī)場(chǎng)光學(xué)圖像P。；
[0015](2.2)選取子參考圖:[0016]根據(jù)高超聲速飛行器的飛行高度H(單位:米)，在所述機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk中選取機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖U，ω = [H/1000+0.5];根據(jù)高超聲速飛行器預(yù)先規(guī)劃的飛行航路，在機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖U中選取機(jī)場(chǎng)跑道正視子參考圖L ；
[0017](2.3)透視變換:
[0018]根據(jù)高超聲速飛行器實(shí)時(shí)飛行姿態(tài)參數(shù)，將所述機(jī)場(chǎng)跑道正視子參考圖L經(jīng)過(guò)透視變換，轉(zhuǎn)換為機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'；
[0019](2.4)目標(biāo)機(jī)場(chǎng)光學(xué)圖像校正:
[0020]對(duì)所述目標(biāo)機(jī)場(chǎng)光學(xué)圖像Ptl進(jìn)行校正，得到校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1 ；
[0021](2.5)模板匹配提取機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域:
[0022]利用所述機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'，在所述校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1上進(jìn)行模板匹配，確定機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域在P1中的位置，提取出機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P2 ；
[0023](2.6)機(jī)場(chǎng)跑道圖像校正:
[0024]對(duì)所述機(jī)場(chǎng)跑道 區(qū)域圖像P2進(jìn)行校正，得到校正后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P3 ;
[0025](2.7)分割檢測(cè)疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域:
[0026]在校正后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P3中所有機(jī)場(chǎng)跑道像素點(diǎn)I' 上進(jìn)行分割，對(duì)分割后低灰度級(jí)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，確定疑似飛機(jī)目標(biāo)位置，提取出疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P4 ；
[0027](2.8)疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域校正:
[0028]對(duì)所述疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P4進(jìn)行校正，得到校正后疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P5;
[0029](2.9)疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域回填:
[0030]將所述校正后疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P5回填到所述校正后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P3中，得到回填后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P6 ；
[0031](2.10)機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域回填:
[0032]將所述回填后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P6回填到所述校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1中，得到校正結(jié)果ρ7。
[0033]所述的機(jī)場(chǎng)圖像校正方法，其特征在于:
[0034]所述子步驟(1.2)包括下述過(guò)程:
[0035](A)選取拍攝高度k公里的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)正視影像圖Qk，作為待定機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk，人工將其圖像像素點(diǎn)分為機(jī)場(chǎng)跑道Ij象素點(diǎn)和背景Ib像素點(diǎn)兩類，機(jī)場(chǎng)跑道k包括飛機(jī)起降跑道、起降跑道連接道和停機(jī)坪，它們的像素點(diǎn)平均灰度值較高；背景IbS目標(biāo)機(jī)場(chǎng)正視影像圖中除機(jī)場(chǎng)跑道以外的部分，包括植被、水域、建筑、農(nóng)田，它們的像素點(diǎn)平均灰度值較低；飛機(jī)目標(biāo)Ia停在機(jī)場(chǎng)跑道L之上，飛機(jī)目標(biāo)Ia從屬于所述機(jī)場(chǎng)跑道L ;所述機(jī)場(chǎng)跑道L和背景&之間具有空間約束關(guān)系L U Ib = Qk，所述飛機(jī)目標(biāo)Ia和機(jī)場(chǎng)跑道込之間具有空間約束關(guān)系
[0036](B)在所述待定機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk，計(jì)算機(jī)場(chǎng)跑道L的各像素點(diǎn)灰度均值，然后賦給待定機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk中所有機(jī)場(chǎng)跑道像素點(diǎn)；所有背景像素點(diǎn)均取灰度值0，構(gòu)成二值的機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk ；
[0037](C)按照過(guò)程㈧、⑶生成所有的機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk，O < k≤20。
[0038]所述的機(jī)場(chǎng)圖像校正方法，其特征在于:[0039]所述子步驟(2.3)包括下述過(guò)程:
[0040]根據(jù)高超聲速飛行器的實(shí)時(shí)飛行姿態(tài)參數(shù)，將機(jī)場(chǎng)跑道正視子參考圖L中機(jī)場(chǎng)跑道的像素點(diǎn)坐標(biāo)(X()，y0)轉(zhuǎn)換為機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'中的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)坐標(biāo)(X1, Y1),得到機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'；
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)場(chǎng)飛機(jī)目標(biāo)圖像氣動(dòng)光學(xué)效應(yīng)校正方法，包括建立地面知識(shí)準(zhǔn)備步驟和實(shí)時(shí)遙感飛行處理步驟，其特征在于: (1)地面知識(shí)準(zhǔn)備步驟，包括下述子步驟: (1.1)獲取正視影像圖: 從Google衛(wèi)星圖片中獲取不同拍攝高度的、包含整個(gè)目標(biāo)機(jī)場(chǎng)區(qū)域的正視影像圖Qk，O < k≤20，表示拍攝高度為k公里； (1.2)生成正視參考圖: 由所述正視影像圖Qk，生成多尺度下二值的機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk ； (2)實(shí)時(shí)遙感飛行處理步驟，包括下述子步驟: (2.1)獲取實(shí)時(shí)圖像: 高超聲速飛行器實(shí)時(shí)獲取目標(biāo)機(jī)場(chǎng)光學(xué)圖像P。; (2.2)選取子參考圖: 根據(jù)高超聲速飛行器的飛行高度H(單位:米)，在所述機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk中選取機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖U，ω = [Η/1000+0.5];根據(jù)高超聲速飛行器預(yù)先規(guī)劃的飛行航路，在機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖U中選取 機(jī)場(chǎng)跑道正視子參考圖L ； (2.3)透視變換: 根據(jù)高超聲速飛行器實(shí)時(shí)飛行姿態(tài)參數(shù)，將所述機(jī)場(chǎng)跑道正視子參考圖L經(jīng)過(guò)透視變換，轉(zhuǎn)換為機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'； (2.4)目標(biāo)機(jī)場(chǎng)光學(xué)圖像校正: 對(duì)所述目標(biāo)機(jī)場(chǎng)光學(xué)圖像Ptl進(jìn)行校正，得到校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1 ； (2.5)模板匹配提取機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域: 利用所述機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'，在所述校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1上進(jìn)行模板匹配，確定機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域在P1中的位置，提取出機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P2 ； (2.6)機(jī)場(chǎng)跑道圖像校正: 對(duì)所述機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P2進(jìn)行校正，得到校正后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P3 ； (2.7)分割檢測(cè)疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域: 在校正后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P3中所有機(jī)場(chǎng)跑道像素點(diǎn)L' ^上進(jìn)行分割，對(duì)分割后低灰度級(jí)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，確定疑似飛機(jī)目標(biāo)位置，提取出疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P4 ； (2.8)疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域校正: 對(duì)所述疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P4進(jìn)行校正，得到校正后疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P5 ； (2.9)疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域回填: 將所述校正后疑似飛機(jī)目標(biāo)區(qū)域圖像P5回填到所述校正后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P3中，得到回填后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P6 ； (2.10)機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域回填: 將所述回填后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P6回填到所述校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1中，得到校正結(jié)果Ρ7。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(1.2)包括下述過(guò)程: (A)選取拍攝高度k公里的目標(biāo)機(jī)場(chǎng)正視影像圖Qk，作為待定機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk，人工將其圖像像素點(diǎn)分為機(jī)場(chǎng)跑道Il像素點(diǎn)和背景Ib像素點(diǎn)兩類，機(jī)場(chǎng)跑道Il包括飛機(jī)起降跑道、起降跑道連接道和停機(jī)坪，它們的像素點(diǎn)平均灰度值較高；背景Ib為目標(biāo)機(jī)場(chǎng)正視影像圖中除機(jī)場(chǎng)跑道以外的部分，包括植被、水域、建筑、農(nóng)田，它們的像素點(diǎn)平均灰度值較低；飛機(jī)目標(biāo)Ia停在機(jī)場(chǎng)跑道L之上，飛機(jī)目標(biāo)Ia從屬于所述機(jī)場(chǎng)跑道;所述機(jī)場(chǎng)跑道込和背景Ib之間具有空間約束關(guān)系u Ib = Qk,所述飛機(jī)目標(biāo)Ia和機(jī)場(chǎng)跑道込之間具有空間約束關(guān)系乃c ; (B)在所述待定機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk，計(jì)算機(jī)場(chǎng)跑道L的各像素點(diǎn)灰度均值，然后賦給待定機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk中所有機(jī)場(chǎng)跑道像素點(diǎn)；所有背景像素點(diǎn)均取灰度值O，構(gòu)成二值的機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk ； (C)按照過(guò)程㈧、⑶生成所有的機(jī)場(chǎng)跑道正視參考圖Lk，0< k≤20。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.3)包括下述過(guò)程: 根據(jù)高超聲速飛行器的實(shí)時(shí)飛行姿態(tài)參數(shù)，將機(jī)場(chǎng)跑道正視子參考圖L中機(jī)場(chǎng)跑道的像素點(diǎn)坐標(biāo)(X()，y0)轉(zhuǎn)換為機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'中的對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)坐標(biāo)(X1, Y1),得到機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'；
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.4)、子步驟(2.6)和子步驟(2.8)中，對(duì)各類圖像進(jìn)行校正，包括下述過(guò)程: (A)令
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.5)中，在所述校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1I進(jìn)行模板匹配，包括下述過(guò)程: (A)以校正后目標(biāo)機(jī)場(chǎng)圖像P1為待匹配圖，行數(shù)和列數(shù)分別為Mr、Nr,Mr = R, Nr = C，以機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L'為參考圖,行數(shù)和列數(shù)分別為< Mr, Ns < Nr, 計(jì)算子圖與機(jī)場(chǎng)跑道前視子參考圖L,間的去均值歸一化互相關(guān)度量值P (U，V):
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)場(chǎng)圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.7)包括下述過(guò)程: (A)在校正后機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域圖像P3上，搜索所有機(jī)場(chǎng)跑道像素點(diǎn)I'^
【文檔編號(hào)】G06T5/50GK103745450SQ201310753610
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張?zhí)煨? 王正, 何力, 劉立, 周鋼, 凡速飛, 陳一夢(mèng), 鄭亞云 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)