一种小型地标捕获定位方法技术

本发明专利技术公开了一种小型地标捕获定位方法，属于目标自动识别与导航制导定位领域，其步骤为：１）建立小型地标与场景显著地物间的空间约束关系以及显著地物参考图；２）依据获取的显著地物实时图像检测场景显著地物；３）依据小型地标与显著地物间的空间约束关系限定显著地物实时图像的匹配搜索区域，在这个匹配搜索区域内对小型地标进行匹配，得到小型地标粗匹配点；４）在显著地物实时图像中，以粗匹配点为中心确定小型地标的感兴趣搜索区域；５）在感兴趣搜索区域进行小型地标的精确定位。本发明专利技术精确捕获定位复杂地面场景中的小型目标，从而准确实施对飞行器实时导航制导位置修正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于目标识别与导航制导定位
，具体涉及一种小型地 标自动捕获定位方法。
技术介绍
不断提高飞行器的导航精度一直是航空航天
的重要研究课 题。惯性导航系统的积累误差随着时间而逐渐增大，所以单独依靠惯性导 航系统不能满足高精度导航的要求。可利用飞行器载光电平台成像系统获 取外界基准信息，对地标进行捕获定位，从而对飞行器导航系统进行误差 修正，实现飞行器的精确导航定位。小型地标是指地标特征所占图像尺寸在3x3 9x9像素范围的特征稳定 的地物。小型地标是一种广泛存在的地物，其特征一般不容易改变。如果 能够挖掘小型地标应用于导航定位的潜力，则飞行器导航系统的自主性将 显著提高，对国民经济和国家安全意义重大。小型地标不仅是指那些本身 几何尺寸小的稳定地物，还包括那些近距离尺寸比较大，但远距离成像时 尺寸比较小的地物，因此小型地标的捕获定位应用广泛。小型地标也是一 种目标，对于动平台条件下复杂背景中的小型地标，对其进行识别定位存 在很多困难首先小型地标在整个背景图像中占的比例很小，相对背景图 像来说特征不显著；其次背景复杂且不断变化(如河流的涨水落水，局部地 物的消失或出现)，背景中又存在大量的跟地标图像相似的模式；再次动平 台本身不稳定，飞行器的惯性导航信息有误差。因此，复杂背景下小型地 标的捕获定位是一个难点问题。Moon Y S,Zhang Tianxu,Zuo Zhengrong在Detection of sea surface small targets in infrared images based on multi-level filter and minimum risk bayes test，InternationalJournalof PatternRecognitionand ArtificialIntelligence,2000,14(7):907-918中提出了一种基于多级滤波的海面红外小目 标检测算法，该算法对背景、小目标和噪声频谱进行分析，利用基本滤波 模板级连构成不同带宽的滤波模板对红外图像进行滤波，从而检测出目标。 该方法的问题主要是对于复杂地面背景中的小型地标，由于大量类似模式的存在，应用该方法可能造成大量虚警。Gianhca Marsiglia,Luea Fortunato,Aurora Ondini在Template matching techniques for automatic IR target recognition in real and simulated scenarios:tests and evaluations 'Proceeding of SPIE 2003,5094:159-16中提出了基于模板匹配的红外目标识别算法，该方法采用目标的结构图或纹理图 制作目标基准图，与传感器输出的实时图进行匹配识别目标，适用于大型目标识别。该方法的问题主要是对于复杂背景中的小型地标，地标本身 相对于其周围复杂场景来说，特征不显著，这样在利用参考图进行匹配时， 因为类似模式的存在，造成匹配识别概率低。即使是对于显著地物特征部位的识别定位，如桥梁与河流的某个交叉 点，传统的方法是采用基于参考图的匹配，即首先在地面根据卫片制备二 值或三值参考图，将其存入动平台计算机中，然后根据动平台的惯性导航 信息，对计算机中的参考图进行透视变换，将变换后的参考子图与光电成 像传感器实时图像匹配，从而捕获定位特征部位。但是这种方法并不可靠， 因为在复杂背景中可能存在桥梁与河流的多个交叉点，且可能存在与交叉 点类似的局部区域。这样在识别定位时，就可能定位到这些类似区域，而 不是指定的导航定位点。而如果直接采用小型目标的检测方法来识别定位 特征部位，则因为复杂背景中存在大量的跟该导航定位特征点相似的区域， 造成图像中出现大量的相似区域，不能精确定位到指定的地标点。因此， 传统的匹配方法不能达到飞行器可靠导航定位要求。复杂背景中的小型目标在整个背景中占的比例很小，相对于整个背景来 说其特征显著性较弱。采用传统的全图检测或是全图匹配来检测定位复杂 背景中的小型地标，由于复杂背景中存在大量的相似模式，会导致捕获定 位的这正确率低，不能达到飞行器导航可靠准确定位要求。
技术实现思路
本专利技术提供了，精确捕获定位复杂地面场景 中的小型目标，从而准确实施对飞行器实时导航制导位置修正。一种小型地标自动捕获定位方法，按照以下步骤进行(1) 建立小型地标与显著地物间的空间约束关系以及显著地物参考(2) 依据拍摄的显著地物实时图像检测场景显著地物；(3) 依据小型地标与显著地物间的空间约束关系限定显著地物实时图 像的匹配搜索区域，在这个匹配搜索区域内对小型地标进行匹配，得到小 型地标粗匹配点；(4) 在显著地物实时图像中，以粗匹配点为中心确定小型地标的感兴 趣搜索区域；(5) 在感兴趣搜索区域进行小型地标的精确定位。 所述空间约束关系包括小型地标与显著地物的包含关系、相邻关系以及间距。所述步骤(4)的感兴趣搜索区域以粗匹配点为中心，区域长度和宽度 由m/z/tar^)决定，A为飞行高度，S为俯仰角，常量附取值范围是[O,O.l]。本专利技术针对现有导航定位、匹配定位的缺陷，根据复杂背景小型地标的 特点，提出一种基于空间约束关系的动平台小型地标自动捕获定位方法， 该方法的技术效果体现在(1 )本专利技术预先在地面建立小型地标与显著地物之间的空间约束关系 知识库，对小型地标定位时，首先检测显著地物，再进一步根据空间约束 关系定位小型地标。这种动平台条件下小型地标的递推捕获定位方法，具 有很好的鲁棒性和精度。这是因为显著地物正确检测率高，尽管精度不够， 然而基于显著地物参考图的匹配可靠性高，小型地标与各显著地物的约束 关系不止一个，而且可靠。(2)在地面根据卫片建立地标和场景中显著地物之间的几何关系，比如场景中出现机场，桥梁，大块水域等地物时，建立这些地物与地标之间的几何关系，得到N个约束关系。飞行时对实时图像，依次检测出图像中 的显著地物。根据这N个约束关系，确定进行显著地物实时图像的匹配搜 索区。这样一来，搜索区就不再是全图了，而是在N个约束关系限制下的 局部区域了，这样就明显减小了二义性的影响，同时提高了匹配正确率。(3)在对小型地标进行精确定位时，不是在全图进行精确定位，而是 在参考图粗匹配点的感兴趣区域进行特征模板匹配，这样就进一步减小了 二义性的影响，同时提高了检测正确率。附图说明图l是本专利技术流程示意图； 图2是条带区域检测流程图3是条带检测模板图，图3(a)为水平模板，图3(b)为垂直模板，图 3(c)为45度模板，图3(d)为135度模板； 图4是透视变换模型图； 图5是含桥梁、河流、陆地的卫片图6是小型地标(桥梁与河道交叉点)与河流，桥梁，陆地的空间约束关系图； 图7是桥梁条带参考图8是含桥梁、河流，水道、陆地等显著地物的参考图9是动平台上光电成像传感器获取的桥梁区域实时图例子；图IO是从该实时图提取的桥梁区域二值图11是桥梁直线段部分Radon变换参考点图； 图12是桥梁直线段部分Radon变换得到的条带区域图； 图13是进行显著地物粗匹配的条带状搜索区图； 图14是显著本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型地标自动捕获定位方法，按照以下步骤进行：　（１）建立小型地标与显著地物间的空间约束关系以及显著地物参考图；　（２）依据拍摄的显著地物实时图像检测场景显著地物；　（３）依据小型地标与显著地物间的空间约束关系限定显著地物实时图像的匹配搜索区域，在这个匹配搜索区域内对小型地标进行匹配，得到小型地标粗匹配点；　（４）在显著地物实时图像中，以粗匹配点为中心确定小型地标的感兴趣搜索区域；　（５）在感兴趣搜索区域进行小型地标的精确定位。

【技术特征摘要】
1、一种小型地标自动捕获定位方法，按照以下步骤进行(1)建立小型地标与显著地物间的空间约束关系以及显著地物参考图；(2)依据拍摄的显著地物实时图像检测场景显著地物；(3)依据小型地标与显著地物间的空间约束关系限定显著地物实时图像的匹配搜索区域，在这个匹配搜索区域内对小型地标进行匹配，得到小型地标粗匹配点；(4)在显著地物实时图像中，以粗匹配点为中心确定小型地标的感兴趣搜索区域；(5)在感兴趣搜索区域进行小型地标的精确定位。2、 根据权利要求l所述的一种小型地标自动捕获定位方法，其特征在 于，所述空间约束关系包括小型地标与显著地物的包含关系、相邻关系以及 间距。3、 根据权利要求l所述的一种小型地标自动捕获定位方法，其特征在 于，所述步骤(4)的感兴趣搜索区域以粗匹配点为中心，区域长度和宽度 由附，/tan0决定，A为飞行高度，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，高士英，李密，杨卫东，万美君，黎云，钟胜，颜露新，贺永刚，杨效余，李耀波，阳丰俊，桑农，王泽，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]