一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法技术

本发明专利技术公开了一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，属于计算机图像处理的技术领域。本发明专利技术利用数学形态学方法快速剔除锥套图像中内部黑色圆形加油口周边的伞骨、软管等干扰，而后通过轮廓提取、遮挡区域重合度判断与剔除、近圆形状条件判断等获得锥套内部加油口所在的图像区域，计算过程简单，可快速检测定位受油插头遮挡情况下的锥套图像位置和区域。

【技术实现步骤摘要】
一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法
本专利技术公开了一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，属于计算机图像处理的

技术介绍
现有的大多数自主空中加油视觉导航方法常采用特殊的光学标记安装在加油锥套上，包括LED光标、人工特殊颜色标记等。如美国自主空中加油项目(AAR)中就使用了一套VisNav系统，该VisNav系统就需要在加油锥套上安装多个LED光标，而后利用半导体位置探测器PSD进行图像定位(见董新民，徐跃鉴，陈博，《自动空中加油技术研究进展与关键问题》，《空军工程大学学报(自然科学版)》，2008(12)，9(6)：1-5)。另外，国内空军工程大学的王旭峰等建立了自主空中加油的一个视觉相对导航半物理地面试验平台，并在加油锥套断面区域加装了红色标识环带，以增强特征区域与背景图像的对比度，从而可通过色彩识别获得图像定位信息(见王旭峰，董新民，孔星炜，《机器视觉辅助的插头锥套式无人机自主空中加油仿真》，《科学技术与工程》，2013(6)，13(18)：5245-5250)。上述这些方法要求加油锥套安装额外的光学标记，特别是需要供电的LED光标提高了空中加油操作的风险。因此一种不依靠额外标记、仅利用加油锥套本身特征的AAR视觉方法就具有更好的通用性、便利性和安全性。通过对加油锥套形状特征的分析，可知其内部加油口为圆形的，半径约为13cm，成像后在图像中呈现明显的黑色圆块或近圆形椭圆块，因此利用这一明显的自身形状特征可降低图像定位处理的计算量。随着无人机的发展，自主空中加油的需求也就越来越迫切，而不依靠额外光学标记的自主空中加油视觉导航方法具有较高的通用性和便利性，特别是基于加油锥套内部圆形加油口的计算机视觉方法特征明显，图像处理速度快，而往往摄像头是安装在受油插头侧后方，受油插头作为图像前景物体会对加油锥套形成遮挡，解决受油插头遮挡干扰下的加油锥套图像检测定位是自主空中加油视觉导航的关键，本方案即是基于前述思路而产生的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是在于克服现有自主空中加油方法中需要安装额外光学标记的不足、额外的带电装置带来更高的空中加油危险性等，从仅依赖加油锥套自身特征、解决视觉导航中受油插头图像遮挡问题的角度出发，提供了一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，该方法利用数学形态学方法快速剔除锥套图像中内部黑色圆形加油口周边的伞骨、软管等干扰，而后通过轮廓提取、遮挡区域重合度判断与剔除、近圆形状条件判断等获得锥套内部加油口所在的图像区域。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，包括如下步骤：A、对受油插头遮挡的掩模图像进行反向二值化处理，对反向二值化处理后的掩模图像进行数学形态学闭操作得到第一二值掩模图像，对第一二值掩模图像进行数学形态学腐蚀操作得到第二二值掩模图像；B、对待检测的锥套灰度图像进行反向二值化处理；C、对反向二值化处理后的待检测锥套灰度图像和受油插头遮挡的掩模图像进行或运算，对或运算获取的二值图像进行数学形态学开操作以获取二值图像；D、对步骤C获取的二值图像进行轮廓提取获得外围轮廓，各外围轮廓上点的集合构成外围轮廓边缘点集；E、对各轮廓围成的面积降序排列，筛选出小于轮廓面积阈值的外围轮廓，将筛选出的外围轮廓上点的集合从外围轮廓边缘点集中剔除；F、对筛选留下的外围轮廓进行遮挡掩模重合度的判断，不重合时进入步骤F1，重合时进入步骤F2，F1、对外围轮廓直接进行包括区域范围条件约束、圆形度条件约束、最小二乘椭圆拟合条件约束的近圆目标检测，保留满足近圆目标检测要求的目标轮廓，F2、对外围轮廓进行遮挡近圆目标检测，保留满足遮挡近圆目标检测要求的目标轮廓：首先剔除外围轮廓中的遮挡干扰，然后对剔除遮挡干扰后的外围轮廓进行包括区域范围条件约束、最小二乘椭圆拟合条件约束的近圆目标检测；G、记录各候选目标轮廓的椭圆拟合参数并计算各拟合椭圆的对数圆形度，选择对数圆形度最大的候选目标轮廓作为锥套内部加油口的最终图像定位结果。作为所述一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法的进一步优化方案，步骤B采用表达式：对待检测的锥套灰度图像进行反向二值化处理，其中，(x,y)表示图像像素坐标，B0(x,y)表示反向二值化处理后的待检测锥套灰度图像在(x,y)位置的像素灰度值，Dorigin(x,y)表示待检测锥套灰度图像在(x,y)位置的像素灰度值，T1表示反向二值化处理待检测锥套灰度图像的阈值。进一步的，所述一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，步骤F中对筛选留下的外围轮廓进行遮挡掩模重合度的判断，具体方法为：对提取的当前外围轮廓区域二值图像和反向二值化处理后的掩模图像做与运算以提取感兴趣的子图像，统计所述子图像中遮挡掩模区域像素值相同的像素个数：在统计的像素个数超过设定阈值时，判定当前外围轮廓区域与遮挡掩模区域重合，在统计的像素个数小于或等于设定阈值时，判定当前外围轮廓区域与遮挡掩模区域不重合。再进一步的，所述一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，步骤F2中剔除外围轮廓中的遮挡干扰，具体方法为：对提取的外围轮廓区域二值图像和第一二值掩模图像做与运算，对与运算后的图像进行数学形态学开操作，提取开操作后二值图像的轮廓以获取当前外围轮廓的点集，剔除掉当前外围轮廓点集中与第二二值掩模图像重合的点。更进一步的，所述一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法的步骤F2中，所述区域范围条件为：(xd>T3)&(yd>T3)&(yd>T41·xd)&(xd>T41·yd)，所述最小二乘椭圆拟合条件为：{2a>T3}&{2b>T3}&{a>T41·b}&{b>T41·a}且其中，(xk1,yk1)、(xk2,yk2)、……、分别为第k个候选目标轮廓上第1、第2、……、第nk个点的像素坐标，T3为区域范围阈值，T41为区域比例阈值，&表示逻辑与操作，(a,b)为拟合椭圆的长短半轴，为集合的平均值和标准差，T6为拟合误差均值阈值，T7为拟合误差标准差阈值，(xc,yc)为拟合椭圆的中心点坐标，θ为拟合椭圆的旋转角度。作为所述一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法的再进一步优化方案，步骤G中计算拟合椭圆对数圆形度f(a,b)的表达式为：本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：(1)不需要在加油锥套上额外安装光学标记，仅利用加油锥套自身特征，具有更好的通用性、便利性和安全性；(2)本方法针对受油插头遮挡情况下的加油锥套图像检测，采用二值化后轮廓提取的方法快速确定待检测目标区域，对与遮挡掩模区域重合的轮廓采用掩模剔除的方式消除受油插头遮挡带来的图像干扰，最终通过轮廓形状判断是否为目标所在轮廓，该方法思路清晰，计算过程简单，可快速检测定位受油插头遮挡情况下的锥套图像位置和区域。附图说明图1为本专利技术方法的计算流程图；图2为采集的原始锥套彩色图像；图3为反向受油插头遮挡掩模图像；图4为锥套二值化图像与掩模图像或操作后的二值图像；图5为形态学开操作后的锥套二值图像；图6为剔除小面积轮廓后的轮廓提取结果；图7为与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，其特征在于，包括如下步骤：A、对受油插头遮挡的掩模图像进行反向二值化处理，对反向二值化处理后的掩模图像进行数学形态学闭操作得到第一二值掩模图像，对第一二值掩模图像进行数学动态学腐蚀操作得到第二二值掩模图像；B、对待检测的锥套灰度图像进行反向二值化处理；C、对反向二值化处理后的待检测锥套灰度图像和受油插头遮挡的掩模图像进行或运算，对或运算获取的二值图像进行数学形态学开操作以获取二值图像；D、对步骤C获取的二值图像进行轮廓提取获得外围轮廓，各外围轮廓上点的集合构成外围轮廓边缘点集；E、对各轮廓围成的面积降序排列，筛选出小于轮廓面积阈值的外围轮廓，将筛选出的外围轮廓上点的集合从外围轮廓边缘点集中剔除；F、对筛选留下的外围轮廓进行遮挡掩模重合度的判断，不重合时进入步骤F1，重合时进入步骤F2，F1、对外围轮廓直接进行包括区域范围条件约束、圆形度条件约束、最小二乘椭圆拟合条件约束的近圆目标检测，保留满足近圆目标检测要求的目标轮廓，F2、对外围轮廓进行遮挡近圆目标检测，保留满足遮挡近圆目标检测要求的目标轮廓：首先剔除外围轮廓中的遮挡干扰，然后对剔除遮挡干扰后的外围轮廓进行包括区域范围条件约束、最小二乘椭圆拟合条件约束的近圆目标检测；G、记录各候选目标轮廓的椭圆拟合参数并计算各拟合椭圆的对数圆形度，选择对数圆形度最大的候选目标轮廓作为锥套内部加油口的最终图像定位结果。...

【技术特征摘要】
1.一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，其特征在于，包括如下步骤：A、对受油插头遮挡的掩模图像进行反向二值化处理，对反向二值化处理后的掩模图像进行数学形态学闭操作得到第一二值掩模图像，对第一二值掩模图像进行数学形态学腐蚀操作得到第二二值掩模图像；B、对待检测的锥套灰度图像进行反向二值化处理；C、对反向二值化处理后的待检测锥套灰度图像和受油插头遮挡的掩模图像进行或运算，对或运算获取的二值图像进行数学形态学开操作以获取二值图像；D、对步骤C获取的二值图像进行轮廓提取获得外围轮廓，各外围轮廓上点的集合构成外围轮廓边缘点集；E、对各轮廓围成的面积降序排列，筛选出小于轮廓面积阈值的外围轮廓，将筛选出的外围轮廓上点的集合从外围轮廓边缘点集中剔除；F、对筛选留下的外围轮廓进行遮挡掩模重合度的判断，不重合时进入步骤F1，重合时进入步骤F2，F1、对外围轮廓直接进行包括区域范围条件约束、圆形度条件约束、最小二乘椭圆拟合条件约束的近圆目标检测，保留满足近圆目标检测要求的目标轮廓，F2、对外围轮廓进行遮挡近圆目标检测，保留满足遮挡近圆目标检测要求的目标轮廓：首先剔除外围轮廓中的遮挡干扰，然后对剔除遮挡干扰后的外围轮廓进行包括区域范围条件约束、最小二乘椭圆拟合条件约束的近圆目标检测；G、记录各候选目标轮廓的椭圆拟合参数并计算各拟合椭圆的对数圆形度，选择对数圆形度最大的候选目标轮廓作为锥套内部加油口的最终图像定位结果。2.根据权利要求1所述一种受油插头遮挡的空中加油锥套图像检测定位方法，其特征在于，步骤B采用表达式：对待检测的锥套灰度图像进行反向二值化处理，其中，(x,y)表示图像像素坐标，B0(x,y)表示反向二值化处理后的待检测锥套灰度图像在(x,y)位置的像素灰度值，Dorigin(x,y)表示待检测锥套灰度图像在(x,y)位置的像素灰度值，T1表示反向二值化处理待检测锥套灰度图像的阈值。...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永荣，黄斌，孙旭东，刘建业，朱云峰，王勇，单尧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32