一种空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法技术

本发明专利技术公开了一种空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法，该方法包括以下步骤：对摄像机进行标定；在受油机机舱内固定摄像机；以摄像机采集前方加油机拖拽的锥套目标；确定锥套位于图像中的候选区域，对候选区域进行筛选确定锥套在图像中位置，并通过视觉测量方法测量出锥套目标的实际位置；通过基于锥套形状的粒子滤波方法实现目标锥套在图像序列中的跟踪及锥套黑心的分割，并通过视觉测量方法测量出锥套目标的实际位置；通过检测和跟踪转换策略实现锥套目标的检测和跟踪的切换。本发明专利技术能够有效地进行锥套目标位置检测和跟踪，耗时短，鲁棒性强，同时最大限度地减少对现有锥套的改动。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，该方法包括以下步骤：对摄像机进行标定；在受油机机舱内固定摄像机；以摄像机采集前方加油机拖拽的锥套目标；确定锥套位于图像中的候选区域，对候选区域进行筛选确定锥套在图像中位置，并通过视觉测量方法测量出锥套目标的实际位置；通过基于锥套形状的粒子滤波方法实现目标锥套在图像序列中的跟踪及锥套黑心的分割，并通过视觉测量方法测量出锥套目标的实际位置；通过检测和跟踪转换策略实现锥套目标的检测和跟踪的切换。本专利技术能够有效地进行锥套目标位置检测和跟踪，耗时短，鲁棒性强，同时最大限度地减少对现有锥套的改动。【专利说明】
本专利技术属于计算机视觉及图像处理
，具体地说是一种空中加油锥套目标的单目视觉检测、跟踪及位置测量方法。
技术介绍
常见的软管式空中加油锥套目标的视觉检测、跟踪及测量方法有:在锥套目标上设置标记点，通过对标记点视觉检测、跟踪及标记点已知的相对位置测量出锥套目标不同时刻的空间位置。通过预先获取锥套目标的图像模板，通过模板匹配的方法检测锥套目标，采用当前匹配的模板通过图像对准的方式实现锥套目标跟踪，并通过锥套已知的尺寸实现视觉测量。添加辅助的识别标记的方法需要对锥套目标进行一些必要的改动，并且辅助标记的检测受锥套距相机的距离及外界干扰影响比较大。图像模板匹配检测锥套目标的方法由于需要预先获取锥套在不同情况(主要是距相机不同距离)下的图像模板，通过多模板匹配寻找出最佳的匹配值，使得目标检测的时间比较长。
技术实现思路
为了解决现有技术中锥套目标检测和跟踪耗时长及鲁棒性差等问题，同时最大限度减少对现有锥套的改动，本专利技术目的在于提供一种用于软管式空中加油锥套目标的检测、跟踪和位置测量的方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种空中加油锥套目标的视觉跟踪与测量方法，包括以下步骤:步骤S1:对摄像机进行标定，求取所述摄像机用于视觉测量的参数；步骤S2:将所述摄像机放置在受油机的机舱内，其中，所述摄像机的位置固定；步骤S3:使用所述摄像机采集前方加油机拖拽的锥套的图像；步骤S4:对当前采集的图像通过多阈值分割得到分割图像，对所述分割图像的轮廓进行筛选确定所述锥套位于图像中的候选区域；步骤S5:通过对候选区域内的轮廓进行圆的最小二乘拟合，获得拟合的圆心；步骤S6:在每个候选区域内，以所述步骤S5获得的圆心为起点由内向外扫描，获得多个边缘点；步骤S7:对每个候选区域内获得的边缘点通过矢量角去除坏点，随机选取边缘点拟合得到圆的方程，并计算当前拟合出的圆的权重，选取权重的最大值为该候选区域的权重，对应的圆作为候选区域拟合出的圆；步骤S8:若所述步骤S7中计算得到的所有候选区域的最大权重小于指定阈值，则循环检测返回所述步骤S3采集所述锥套的下一帧图像，继续步骤S4-S8，若所有候选区域的最大权重大于等于所述指定阈值，则锥套在图像中的位置为具有最大权重的候选区域拟合出的圆的圆心位置，锥套黑心在图像中的半径大小为具有最大权重的候选区域拟合出的圆的半径，并据此计算锥套在空间中的实际位置；步骤S9:使用所述摄像机采集前方加油机拖拽的锥套的下一帧图像；步骤SlO:通过基于锥套形状的粒子滤波方法实现锥套在采集得到的图像序列中的跟踪及锥套黑心的分割，并计算锥套在空间中的实际位置；步骤Sll:计算当前帧图像中锥套状态的权重，若权重大于等于指定阈值，则循环跟踪测量返回所述步骤S9，若权重小于指定阈值，则循环检测、跟踪及测量返回所述步骤S3。本专利技术能够有效地进行锥套目标位置检测和跟踪，耗时短，鲁棒性强，同时最大限度地减少对现有锥套的改动。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法的示意图；图2A为本专利技术空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法的流程图；图2B为本专利技术对摄像机进行参数标定的流程图；图2C为本专利技术对图像进行多阈值分割及确定锥套位于图像中的候选区域的流程图；图2D为本专利技术对基于锥套形状的粒子滤波方法实现目标锥套在图像序列中的跟踪及锥套黑心的分割的流程图；图3为相机标定过程的示意图；图4为在每个候选区域内扫描获得边缘点的示意图；图5为粒子状态转移过程的示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图1为本专利技术空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法的示意图，图1中，I为加油机中的锥套目标、2为受油机受油管、3为摄像机，本专利技术利用单目视觉对锥套目标进行检测和跟踪，并通过锥套的实际尺寸和小孔成像模型实现锥套目标的空间位置测量。图2A为本专利技术空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法的流程图，如图2A所示，基于单目视觉的软管式空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法包括以下步骤:步骤S1:对摄像机进行标定，求取所述摄像机用于视觉测量的参数；图2B为本专利技术对摄像机进行参数标定的流程图，如图2B所示，所述步骤SI进一步包括以下步骤:步骤SlA:固定所述摄像机的位置，使锥套正对所述摄像机，即锥套黑心所在平面与所述摄像机的光轴大约垂直，使锥套由远及近沿着所述摄像机的光轴方向向所述摄像机的位置运动，如图3所示，在锥套的运动过程中取多个标定点(比如可以为80个，标定点的个数可以调整，理论上越多越好)，在每个标定点位置处通过所述摄像机采集锥套的图像，在每个标定点处，锥套中心距所述摄像机的实际距离可以通过激光测距仪测量得到；在本专利技术一实施例中，取80个标定点,这80个标定点包括:距受油机受油管末端10米-20米的距离处取30个标定点，每个标定点的距离大约相同，距受油机受油管末端5米-10米的距离处取20个标定点，每个标定点的距离大约相同，距受油机受油管末端O米-5米的距离处取30个标定点，每个标定点的距离大约相同。步骤SlB:根据采集到的标定点处锥套的图像，人工确定每个标定点处锥套黑心在图像中的直径；步骤SlC:基于每个标定点处锥套黑心在图像中的直径，计算所述摄像机的标定参数K。其中，所述摄像机的标定参数K由下式求取:【权利要求】1.，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤S1:对摄像机进行标定，求取所述摄像机用于视觉测量的参数； 步骤S2:将所述摄像机放置在受油机的机舱内，其中，所述摄像机的位置固定； 步骤S3:使用所述摄像机采集前方加油机拖拽的锥套的图像； 步骤S4:对当前采集的图像通过多阈值分割得到分割图像，对所述分割图像的轮廓进行筛选确定所述锥套位于图像中的候选区域； 步骤S5:通过对候选区域内的轮廓进行圆的最小二乘拟合，获得拟合的圆心； 步骤S6:在每个候选区域内，以所述步骤S5获得的圆心为起点由内向外扫描，获得多个边缘点； 步骤S7:对每个候选区域内获得的边缘点通过矢量角去除坏点，随机选取边缘点拟合得到圆的方程，并计算当前拟合出的圆的权重，选取权重的最大值为该候选区域的权重，对应的圆作为候选区域拟合出的圆； 步骤S8:若所述步骤S7中计算得到的所有候选区域的最大权重小于指定阈值，则循环检测返回所述步骤S3采集所述锥套的下一帧图像，继续步骤S4-S8，若所有候选区域的最大权重大于等于所述指定阈值，则锥套在图像中的位置为具有最大权重的候选区域拟合出的圆的圆心位置，锥套黑心在图像中的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空中加油锥套目标的视觉跟踪与位置测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1：对摄像机进行标定，求取所述摄像机用于视觉测量的参数；步骤S2：将所述摄像机放置在受油机的机舱内，其中，所述摄像机的位置固定；步骤S3：使用所述摄像机采集前方加油机拖拽的锥套的图像；步骤S4：对当前采集的图像通过多阈值分割得到分割图像，对所述分割图像的轮廓进行筛选确定所述锥套位于图像中的候选区域；步骤S5：通过对候选区域内的轮廓进行圆的最小二乘拟合，获得拟合的圆心；步骤S6：在每个候选区域内，以所述步骤S5获得的圆心为起点由内向外扫描，获得多个边缘点；步骤S7：对每个候选区域内获得的边缘点通过矢量角去除坏点，随机选取边缘点拟合得到圆的方程，并计算当前拟合出的圆的权重，选取权重的最大值为该候选区域的权重，对应的圆作为候选区域拟合出的圆；步骤S8：若所述步骤S7中计算得到的所有候选区域的最大权重小于指定阈值，则循环检测返回所述步骤S3采集所述锥套的下一帧图像，继续步骤S4?S8，若所有候选区域的最大权重大于等于所述指定阈值，则锥套在图像中的位置为具有最大权重的候选区域拟合出的圆的圆心位置，锥套黑心在图像中的半径大小为具有最大权重的候选区域拟合出的圆的半径，并据此计算锥套在空间中的实际位置；步骤S9：使用所述摄像机采集前方加油机拖拽的锥套的下一帧图像；步骤S10：通过基于锥套形状的粒子滤波方法实现锥套在采集得到的图像序列中的跟踪及锥套黑心的分割，并计算锥套在空间中的实际位置；步骤S11：计算当前帧图像中锥套状态的权重，若权重大于等于指定阈值，则循环跟踪测量返回所述步骤S9，若权重小于指定阈值，则循环检测、跟踪及测量返回所述步骤S3。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹英杰，王欣刚，徐德，白明然，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：