一种基于凸壳计算的末段目标瞄准点选择方法技术

本发明专利技术公开了一种基于凸壳计算的末段目标瞄准点选择方法，属于目标探测技术领域。本方法将计算几何中覆盖问题解决方法应用于目标探测瞄准点选择中，通过构造凸壳，该凸壳是可以完全覆盖目标区域的凸多边形，根据该凸多边形可精确实时地确定目标瞄准点。本方法可以根据目标机动导致的姿态变化，实时更新凸壳，覆盖目标区域，获得精确的瞄准点，确保瞄准点在目标区域内，避免脱靶，具有较强的灵活性和实用性。由于利用构造凸壳的方法进行目标区域覆盖，不需要模板匹配和精确的轮廓提取，具有计算复杂度小，运算速度快的特点，同时降低了对探测器性能的要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于目标探测
。本方法将计算几何中覆盖问题解决方法应用于目标探测瞄准点选择中，通过构造凸壳，该凸壳是可以完全覆盖目标区域的凸多边形，根据该凸多边形可精确实时地确定目标瞄准点。本方法可以根据目标机动导致的姿态变化，实时更新凸壳，覆盖目标区域，获得精确的瞄准点，确保瞄准点在目标区域内，避免脱靶，具有较强的灵活性和实用性。由于利用构造凸壳的方法进行目标区域覆盖，不需要模板匹配和精确的轮廓提取，具有计算复杂度小，运算速度快的特点，同时降低了对探测器性能的要求。【专利说明】
本专利技术涉及一种目标瞄准点选择方法，尤其涉及一种用于探测末段的目标瞄准点 实时精确的选择方法，属于目标探测与识别
。
技术介绍
飞行器导航以及在指定位置安全着陆、空投救灾物资的准确投放等，都涉及到对 目标或者目标区域的探测、识别和跟踪，并需要实时精确地完成瞄准点的选择，实现飞行器 自身定点安全着陆、目标跟踪或者物资的准确投放。尤其在飞行器的飞行末段，对于机动目 标，飞行器自身和目标都存在较大的姿态变化，随着探测器与目标快速接近，目标图像不断 增大，甚至溢出视场，此时，要准确地进行瞄准点选择难度较大，若兼顾实时性则难度更大。 由于救灾物资投放，地质勘探，飞行器导航等都需要实时准确地确定瞄准点，因此，目标或 者目标区域的瞄准点选择在军民两大应用领域都具有重要意义及特殊价值。 当前，国内外对目标探测识别和瞄准点选择方面的研究主要集中在提高探测器本 身的性能、研究先进的成像和图像处理算法等方面。其中，要提高探测器性能往往需要增大 成本；高性能复杂算法识别精度较高，但往往运算量大，不能满足实时性的要求。 为了从根本上解决瞄准点选择的实际问题，针对瞄准点选择算法，文献"The Geometry of Escaping Targets^E. J. HILLIARD, JR. R. F. PINKOS, 1978, IEEE Transactions On Aerospace And Electronic Systems vol. Aes-14, no. 2 等提出 了构建坐标轴的方式，确 定瞄准点。具体说来，用3个相互垂直的坐标轴表征目标图像，每轴中点的连线可以确定一 个三角形，该三角形中心即为目标瞄准点。对于目标几何结构相对规则的情况，该方法是 有效的，然而，在探测末段探测器与目标交会状态不断变化，目标图像也随之变化，探测器 与目标的相对几何关系的快速变化导致坐标轴构造困难，甚至不能保证最终瞄准点在目标 上 。文献 "Centroid Tracker And Aim Point Selection" R Venkateswarlu, KV Sujata and B Venkateswara Rao, 1992Acquisition，Tracking, and Pointing VI. 520/SPIE Vol. 1697 和 文献 "An Aimpoint Selecting Method Based On Target Image Shape Analysis" Zhi-yong Li, Zhen-kang Shen,1992,Applications of Digital Image Processing XV612/SPIE Vol. 1771均是通过目标特性提取和模板匹配来进行瞄准点选择，该方法精度较高，但是目 标特征的精确提取复杂性较大，而且对于机动目标，很难实现模板匹配。除此之外，还有利 用规则目标轮廓几何中心，计算目标表面所有点的中心等方法。这些方法在一定程度上可 以实现瞄准点的选择，但是往往存在精度低、运算量大、实时性差等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是利用计算几何中构造凸壳的方法覆盖目标区域，同时解决目标边 缘轮廓提取和目标瞄准点选择的问题，提出一种基于凸壳计算的末段目标瞄准点选择方 法。通过将凸壳计算应用于目标瞄准点的选择中，可低成本地实现目标瞄准点的精确选择， 降低算法的复杂程度，提高实时性。 本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。 -种基于凸壳计算的末段目标瞄准点选择方法，包括以下步骤： 步骤一、通过探测器获取目标图像。 所述目标图像包括但不限于红外图像、可见光图像、雷达图像、激光图像。 步骤二、对获取的目标图像进行预处理，并对处理后的图像进行角点坐标提取。 所述预处理是指依次对目标图像进行滤波去噪、阈值分割、二值化、形态学运算 等。 由于在预处理过程中，已经初步排除了地面杂波等干扰，可使目标在图像中外形 尽量的规则。 步骤三、利用步骤二提取出的角点坐标，利用实时凸壳计算方法构造凸多边形。 由于所提取的点大多集中在目标区域，通过这些点构造的凸多边形可以覆盖目标 区域。构造方法如下： 首先，针对经步骤二提取的角点坐标Pi (Xp yj, p2(x2, y2),...，pn(xn, yn)，将所有 n(n彡3)个点存入集合S中，构成点集序列，且| S|彡3。 当|S| = 3时，认为集合S中3点为凸壳顶点，连接3点获得一个凸多边形；当|S > 3时，计算角点横坐标集合{χρ x2, . . .，xn}的最大值、最小值（设最大、最小值均只有一 个），确定相应的角点，分别记为A、M2 ;同时，计算角点纵坐标集合{y。y2, . . .，yn}的最大 值、最小值，确定相应的点，分别记为M3、M4。 所述横坐标、纵坐标的最大、最小值均只有一个。其中，横坐标最大值代表了水平 方向上的最大值点，横坐标最小值代表了水平方向上的最小值点，纵坐标最大值代表了垂 直方向上的最大值点，横坐标最小值代表了垂直方向上的最小值点。 然后，剔除异常值点。异常值点包括虚假目标及环境等干扰、脱离目标体的部分 (如船的桅杆、飞机拖绳、坦克炮筒、目标区域外的建筑等），对雷达图像而言，异常值还包 括地面杂波干扰和错误的回波等。这些异常值会在一定程度上扩大凸壳面积，这意味着扩 大了对目标的覆盖范围，势必影响瞄准点选择精度。 剔除的具体方法为：设凸壳相邻顶点坐标差最大值为Amax。对于上述步骤中所选 取的最值点，与其相邻的次最值点比较，如，可判定所选择的最值 点不是目标图像点，而是背景干扰或假目标回波，则用Μ;取代％。 所述根据实际情况需要进行选择设定。优选的， 【权利要求】1. ，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、通过探测器获取目标图像； 步骤二、对获取的目标图像进行预处理，并对处理后的图像进行角点坐标提取； 步骤三、利用步骤二提取出的角点坐标，利用实时凸壳计算方法构造凸多边形；构造方 法如下： 首先，针对经步骤二提取的角点坐标Pi (χρ ，ρ2 (χ2, y2)，…，ρη(χη，yn)，将所有 η(n彡3)个点存入集合S中，构成点集序列，且I S|彡3 ; 当|s| =3时，认为集合S中3点为凸壳顶点，连接3点获得一个凸多边形；当|S| > 3时,计算角点横坐标集合{xp x2,...，xn}的最大值、最小值，确定相应的角点，分别记为札、 M2;同时，计算角点纵坐标集合{yi，y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于凸壳计算的末段目标瞄准点选择方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、通过探测器获取目标图像；步骤二、对获取的目标图像进行预处理，并对处理后的图像进行角点坐标提取；步骤三、利用步骤二提取出的角点坐标，利用实时凸壳计算方法构造凸多边形；构造方法如下：首先，针对经步骤二提取的角点坐标p1(x1,y1),p2(x2,y2),...,pn(xn,yn)，将所有n(n≥3)个点存入集合S中，构成点集序列，且|S|≥3；当|S|＝3时，认为集合S中3点为凸壳顶点，连接3点获得一个凸多边形；当|S|＞3时，计算角点横坐标集合{x1,x2,...,xn}的最大值、最小值，确定相应的角点，分别记为M1、M2；同时，计算角点纵坐标集合{y1,y2,...,yn}的最大值、最小值，确定相应的点，分别记为M3、M4；所述横坐标、纵坐标的最大、最小值均只有一个；横坐标最大、最小值分别代表了水平方向上的最大、最小值点，纵坐标最大、最小值分别代表了垂直方向上的最大、最小值点；然后，剔除异常值点，具体方法为：设凸壳相邻顶点坐标差最大值为Δmax；对于上述步骤中所选取的最值点，与其相邻的次最值点比较，如果判定所选择的最值点不是目标图像点，而是背景干扰或假目标回波，则用取代Mi；所述Δmax根据实际情况需要进行选择设定；之后，采用M1,M2,M3,M4构造四边形；设该四边形为点集S的子集S'的一个凸壳，记为CH(S')，当集合时，则CH(S')为凸壳顶点集合；当集合时，在集合S‑S'中取点p0；若p0∈CH(S')，说明p0是CH(S')内的点，其不能作为所求凸壳的顶点，删去p0，此时取下一个点继续进行判断，直至找到合适的p0满足或集合时结束运算；若判断p0是否为凸壳顶点，如果p0不满足凸壳顶点条件，则删去p0，取下一个点继续进行判断，直至找到满足凸壳顶点条件的p0，或集合时结束运算；如果p0满足凸壳顶点条件，则使用p0构成新的凸壳CH(S'∪{p0})，S'←S'∪{p0}，即用集合S'∪{p0}取代原有集合S'，而后执行上述构造四边形和凸壳顶点判断过程，最终得到凸壳顶点集合Si(i＝1,2,...,n)，该集合也是一个点集序列；步骤四、根据凸多边形的顶点坐标划分三角形，通过求每个三角形的质心，最终得到覆盖目标区域的凸多边形的质心，该质心即为该时刻目标瞄准点。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王萱，邓甲昊，刘伟莲，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11