專利名稱：紅外成像設(shè)備探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的方法
紅外成像設(shè)備探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于紅外成像設(shè)備目標(biāo)信號(hào)分類識(shí)別技術(shù)，特別適用于對(duì)空中目標(biāo)的識(shí)別。
背景技術(shù)：
紅外成像系統(tǒng)是70年代以來發(fā)展起來的一種先進(jìn)的被動(dòng)式準(zhǔn)全天候系統(tǒng)，穿煙霧能力和抗干擾能力強(qiáng)，可晝夜工作，廣泛用于空中空域監(jiān)控、航路規(guī)劃、交通管理和警戒、 導(dǎo)航、火控、偵察等領(lǐng)域。它采用中、遠(yuǎn)紅外成像，可提供紅外圖像信息，利用高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)目標(biāo)圖像信息進(jìn)行處理和識(shí)別。
雷達(dá)具有全天候測(cè)量角度和距離等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量精度低、容易受干擾，而紅外成像系統(tǒng)正好具有測(cè)角精度高的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)存在的不足進(jìn)行有效地補(bǔ)充，這樣不但可以增強(qiáng)武器系統(tǒng)的綜合作戰(zhàn)效能，還可以為目標(biāo)的分類識(shí)別提供更多的信息。
國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)紅外成像設(shè)備對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的方法進(jìn)行了廣泛的研究并得到很多工程應(yīng)用方法，如西北工業(yè)大學(xué)的王立使用了不變量、圓度值和拓?fù)浞▽?duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的方法(王立，先進(jìn)紅外成像制導(dǎo)技術(shù)研究，西北工業(yè)大學(xué)，2001，3)?？哲姽こ檀髮W(xué)工程學(xué)院的賈智偉使用了基于只能推理的點(diǎn)目標(biāo)識(shí)別方法和基于聯(lián)合特征向量法的面目標(biāo)識(shí)別方法(賈智偉，陳天如，李應(yīng)紅，基于多傳感器信息融合的目標(biāo)識(shí)別，系統(tǒng)工程與電子技術(shù)， 2003,7 (7) :810-813)。西北工業(yè)大學(xué)的姜錦鋒使用不變量和拓?fù)浞ㄟM(jìn)行識(shí)別(姜錦鋒，紅外圖像的目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別與跟蹤技術(shù)研究，西北工業(yè)大學(xué)，2004，3)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供紅外成像設(shè)備探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方法，通過使用單傳感器的多個(gè)特征對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，提高識(shí)別的準(zhǔn)確率。通過本發(fā)明，能夠在紅外成像系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)在視距內(nèi)空中目標(biāo)的有效識(shí)別。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為首先將雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)的方位、距離信息發(fā)送給紅外成像設(shè)備，對(duì)紅外成像設(shè)備進(jìn)行指弓I ;當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在紅外成像設(shè)備的視場(chǎng)時(shí)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，并根據(jù)計(jì)算實(shí)時(shí)圖像的清晰度評(píng)價(jià)指標(biāo)，據(jù)此判斷圖像的清晰度，并進(jìn)行焦距的調(diào)整。
捕獲目標(biāo)的圖像，對(duì)圖像中的目標(biāo)進(jìn)行輪廓提取，大致的步驟為首先對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行閾值分割，得到對(duì)應(yīng)的二值化圖像，然后對(duì)該二值化圖像進(jìn)行輪廓跟蹤得到目標(biāo)的輪廓，算法如下首先按從上到下、從左到右的順序搜索，找到第一個(gè)黑點(diǎn)一定是最左上方的邊界點(diǎn)，記做A。它的右、右下、下、左下四個(gè)領(lǐng)點(diǎn)中至少有一個(gè)是邊界點(diǎn)，記為B。從B開始找起，按右、右上、上、左上、左、左下、下、右下的順序找相鄰點(diǎn)中的邊界點(diǎn)C。如果C就是A 點(diǎn)，則表明已經(jīng)轉(zhuǎn)了一圈了，程序結(jié)束。否則從C點(diǎn)繼續(xù)找，直到找到A為止。判斷是不是邊界點(diǎn)很容易如果它的上下左右四個(gè)鄰居都是黑點(diǎn)則不是邊界點(diǎn)，否則是邊界點(diǎn)。
根據(jù)目標(biāo)的輪廓求該輪廓的輪廓特征值，輪廓特征值的求法為圖像面積J為邊界線內(nèi)(包括邊界線)像素的個(gè)數(shù)；圖像周長(zhǎng)產(chǎn)(外邊界線)為輪廓邊界線本身所包含的像素?cái)?shù)目；輪廓特征值得計(jì)算公式為 k = AnAI{P*P},該參數(shù)可以用于測(cè)量物體外形的緊密與稀疏的程度。例如圓的輪廓特征為1，其輪廓特征最大，形狀結(jié)構(gòu)最緊密。輪廓特征可作為目標(biāo)的結(jié)構(gòu)特征量，具有大小、平移、旋轉(zhuǎn)不變性。
對(duì)目標(biāo)輪廓進(jìn)行種子填充，具體做法是準(zhǔn)備一個(gè)堆棧，先將要填充的點(diǎn)push進(jìn)堆棧中；以后，每pop出一個(gè)點(diǎn)，將該點(diǎn)涂成黑色，然后按左上右下的順序查看它的四個(gè)相鄰點(diǎn)；若為白(表示還沒有填充)，則將該鄰點(diǎn)push進(jìn)棧；一直循環(huán)，知道堆棧為空。此時(shí)區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)都被涂成黑色。然后求解填充后目標(biāo)圖像的七個(gè)不變矩。
將這些特征向量合為單傳感器多特征向量(％ε2,ε3,ε^,ε5,ε6,ε7,f8)r ,將該多特征向量與數(shù)據(jù)庫(kù)中已有目標(biāo)的多特征向量進(jìn)行相似度比較，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為由雷達(dá)提供跟蹤引導(dǎo)數(shù)據(jù)，對(duì)紅外成像系統(tǒng)進(jìn)行快速引導(dǎo)，可以克服紅外成像系統(tǒng)視場(chǎng)角小，搜索時(shí)間長(zhǎng)的弱點(diǎn)，很快捕獲目標(biāo)；通過自動(dòng)調(diào)焦可以快速形成高分辨圖像，縮短了原先由操作員進(jìn)行手動(dòng)調(diào)焦的時(shí)間；通過由目標(biāo)輪廓特征和七個(gè)不變矩構(gòu)成的單傳感器多特征向量對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，明顯地提高了識(shí)別能力，大大改善了原先由單一特征對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的局限性。


下面結(jié)合說明書附圖，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
圖1是本發(fā)明本發(fā)明的工作流程圖；圖2是本發(fā)明中自動(dòng)調(diào)焦示意圖；圖3是本發(fā)明的目標(biāo)圖像中輪廓提取示意圖；圖4是本發(fā)明的輪廓特征值計(jì)算示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明紅外成像系統(tǒng)探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)方法具體實(shí)施步驟為，參見附圖1 (1)將雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)信息(方位、距離)發(fā)送給紅外成像設(shè)備對(duì)紅外成像設(shè)備進(jìn)行引導(dǎo)，直到目標(biāo)出現(xiàn)在紅外成像設(shè)備的視場(chǎng)中；(2)捕獲目標(biāo)圖像，計(jì)算該目標(biāo)圖像的清晰度評(píng)價(jià)指標(biāo)，本發(fā)明中采用4鄰域灰度差絕對(duì)值之和作為圖像清晰度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于一幅各像素的圖像，f Ur)表示圖像中某點(diǎn)的像素值，此時(shí)圖像的清晰度評(píng)價(jià)指標(biāo)為/7I M-2 N-2^1 = ΣΣ - /C^-1,7) I+1/(^7) -/Ca-,/-1) I+ /(χ,γ) -/(χ+1,>θ|T1-1 少-1將焦距向一個(gè)方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，電機(jī)一次調(diào)節(jié)的步長(zhǎng)設(shè)為400ms，然后計(jì)算這一時(shí)刻的清晰度指標(biāo)產(chǎn)2，如果Al〉/ 反方向調(diào)節(jié)焦距直到清晰度變差，此時(shí)前一時(shí)刻的狀態(tài)目標(biāo)圖像最清晰；如果/^1〈 / ，繼續(xù)向該方向調(diào)節(jié)焦距直到清晰度變差，此時(shí)前一時(shí)刻的狀態(tài)目標(biāo)圖像最清晰。
(3)捕獲清晰的目標(biāo)圖像，對(duì)該圖像進(jìn)行閾值變換，對(duì)圖像進(jìn)行閾值變換得到目標(biāo)的二值圖像；具體實(shí)現(xiàn)通過設(shè)定閾值對(duì)圖像進(jìn)行二值化，對(duì)于灰度值小于閾值的像素直接設(shè)置灰度值為O ;灰度值大于閾值的像素直接設(shè)置為255。閾值選擇規(guī)則如下假設(shè)用
權(quán)利要求
1.一種紅外成像設(shè)備探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的方法，主要包括自動(dòng)調(diào)焦方法、目標(biāo)輪廓提取方法和同時(shí)利用目標(biāo)的多特征對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別的方法，其特征在于根據(jù)計(jì)算實(shí)時(shí)圖像的清晰度評(píng)價(jià)指標(biāo)，據(jù)此判斷圖像的清晰度，并進(jìn)行焦距的調(diào)整，其中清晰度評(píng)價(jià)指標(biāo)為4鄰域灰度差絕對(duì)值之和。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外成像設(shè)備探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的方法，其特征在于能夠提取紅外圖像中目標(biāo)輪廓，通過對(duì)所捕獲圖像進(jìn)行閾值變換得到二值圖像，對(duì)得到的二值圖像進(jìn)行輪廓提取得到圖像中所有的目標(biāo)輪廓，最后通過8鄰域鏈碼搜索得到圖像中的封閉輪廓，即目標(biāo)的輪廓，可以計(jì)算得到目標(biāo)輪廓的輪廓特征值 D
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外成像設(shè)備探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的方法，其特征在于能夠?qū)δ繕?biāo)輪廓進(jìn)行填充，并計(jì)算填充后的目標(biāo)圖像的不變矩特征 。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外成像設(shè)備探測(cè)識(shí)別空中目標(biāo)的方法，其特征在于利用目標(biāo)的多個(gè)特征構(gòu)建目標(biāo)的單傳感器多特征向量，通過對(duì)多特征向量與數(shù)據(jù)庫(kù)中目標(biāo)多特征向量進(jìn)行比較從而達(dá)到對(duì)目標(biāo)識(shí)別的目的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用紅外成像設(shè)備對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)識(shí)別的實(shí)現(xiàn)方法。該方法主要適用于空中目標(biāo)的探測(cè)和識(shí)別。其主要流程是首先通過將雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)信息發(fā)送給紅外成像設(shè)備，對(duì)紅外成像設(shè)備進(jìn)行指引；當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在紅外成像設(shè)備的視場(chǎng)范圍時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦；然后捕獲目標(biāo)圖像，對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行輪廓提取并計(jì)算輪廓的輪廓特征值；對(duì)目標(biāo)輪廓進(jìn)行種子填充并計(jì)算七個(gè)不變矩；將這些特征值組合成單傳感器多特征向量，將該特征向量與數(shù)據(jù)庫(kù)中目標(biāo)的特征向量進(jìn)行比較從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。
文檔編號(hào)G06K9/46GK102982333SQ201210433348
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者田闖 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所