本发明专利技术公开了一种用于自主空中加油的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。所述检测定位方法，仅利用加油锥套自身内部圆形加油口特征，通过对二值图像进行数学形态学操作，快速剔除锥套图像中内部黑色圆形加油口周边干扰，而后在轮廓提取的基础上，利用近圆形状条件快速获得候选的近圆形轮廓，最后选用对数圆形度最大的候选解作为锥套图像检测定位结果。该方法计算过程简单，可快速检测定位锥套图像位置和区域。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于计算机图像处理的
所述检测定位方法，仅利用加油锥套自身内部圆形加油口特征，通过对二值图像进行数学形态学操作，快速剔除锥套图像中内部黑色圆形加油口周边干扰，而后在轮廓提取的基础上，利用近圆形状条件快速获得候选的近圆形轮廓，最后选用对数圆形度最大的候选解作为锥套图像检测定位结果。该方法计算过程简单，可快速检测定位锥套图像位置和区域。【专利说明】-种用于自主空中加油的加油锥套图像检测定位方法
本专利技术公开了，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, Aerial Autonomous Re化eling)中就使用了一套Vis化V系统，该Vis化V系统就需要在加油锥套上 安装多个Lm)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，W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，孔星巧，《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)〇 上述运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Lm)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楠圆块，因此利用运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，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 征出发，提供了，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 和近圆形状条件判断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： ，包括如下步骤： A、对待检测的锥套灰度图像进行反向二值化处理； B、采用加油锥套自身内部圆形加油口特征对反向二值化处理后的图像进行数学 形态学操作，获取剔除了圆形加油口周边干扰的二值图像； C、对步骤B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； D、对各轮廓围成的面积降序排列，筛选出小于轮廓面积阔值的外围轮廓，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； E、对筛选留下的外围轮廓进行近圆形状判断，保留所有满足近圆形状判断条件的 候选目标轮廓，所述近圆形判断条件包括：区域范围条件、圆形度条件、最小二乘楠圆拟合 条件； F、记录各候选目标轮廓的楠圆拟合参数并计算各拟合楠圆的对数圆形度，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。 作为所述的进一步优化方 案，步骤A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，Bi(x，y)表示反向二值化处理后图像在(x，y)位置 的像素灰度值，DDrigin(x，y)表示待检测锥套灰度图像在(x，y)位置的像素灰度值，Τι表示反 向二值化处理的阔值。 进一步的，所述，步骤Β中采 用加油锥套自身内部圆形加油口特征对反向二值化处理后的图像进行数学形态学操作，具 体为:采用半径为r的圆盘形状结构元素 Dr对反向二值化处理后图像进行数学形态学开操 作。 再进一步的，所述的步骤E 中：[001 引所述区域范围条件为：（xd>T3化(yd>T3化(yd>T4 · Xc0&(xd>T4 · yd)， 所述圆形度条件为 所述最小二乘楠圆拟合条件为：{2a>T3}&{2b>T3}&{a>T4 · b}&{b>T4 · a}且其中，（X k 1，y k 1 )、（ X k 2， Yk2)、……、，九,,)分别为第k个候选目标轮廓上第1、第2、……、第化个点的像素坐标，T3 为区域范围阔值，T4为区域比例阔值，&表示逻辑与操作，Sk和Ik分别为为第k个候选目标轮 廓的面积和周长，T5为圆形度阔值，（a, b)为拟合楠圆的长短半轴，砖，巧）为集合 {e,，e;，.的平均值和标准差，T6为拟合误差均值阔值，T7为拟合误差标准差阔值，(xc'yc)为 拟合楠圆的中屯、点坐标，θ为拟合楠圆的旋转角度。 更进一步的，所述，步骤F中 计算拟合楠圆对数圆形度f(a，b)的表达式为： 本专利技术采用上述技术方案，具有W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)本方法针对锥套图像的二值图像操作，并利用数学形态学方法快速剔除锥套 内部加油口周边干扰，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为锥套图像二值化后的二值图像； 图4为形态学开操作后的锥套二值图像； 图5为剔除小面积轮廓后的轮廓提取结果； 图6为最终的锥套内部加油口图像检测定位结果。【具体实施方式】 下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明。 -种用于自主空中加油的锥套图像检测定位方法，仅利用加油锥套自身内部圆形 加油口特征，通过对二值图像进行数学形态学操作，快速剔除锥套图像中内部黑色圆形加 油口周边干扰，而后在轮廓提取的基础上，利用近圆形状条件快速获得候选的近圆形轮廓， 最后选用对数圆形度最大的候选解作为锥套图像检测定位结果。具体流图如图1所示，包括 W下步骤： 步骤1、载入待检测的锥套灰度图像Dwigin，采用阔值Τι对图像Dwigin反向二值化， 获得二值图像Bi。具体变换过程如下：…， 式中，Τι表示反向二值化处理的阔值，（x，y)表示图像像素坐标，D〇rigin(x，y)和Bi (X，y)分别表示待检测锥套灰度图像Dorigin和反向二值化处理后图像Bl在位置(X，y)处的像 素灰度值。 步骤2、采用半径为r的圆盘形状结构元素 Dr对图像Bi进行数学形态学开操作，获得 剔除了锥套图像中内部黑色圆形加油口周边的伞骨、软管等干扰的二值图像B2。[003引步骤3、对图像B 2进行轮廓提取操作，获得外围轮廓边缘点集 C = &本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于自主空中加油的加油锥套图像检测定位方法，其特征在于，包括如下步骤：A、对待检测的锥套灰度图像进行反向二值化处理；B、采用加油锥套自身内部圆形加油口特征对反向二值化处理后的图像进行数学形态学操作，获取剔除了圆形加油口周边干扰的二值图像；C、对步骤B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；D、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；E、对筛选留下的外围轮廓进行近圆形状判断，保留所有满足近圆形状判断条件的候选目标轮廓，所述近圆形判断条件包括：区域范围条件、圆形度条件、最小二乘椭圆拟合条件；F、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】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄斌，孙永荣，熊智，孙旭东，吴玲，朱云峰，
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
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