本發(fā)明涉及一種紅外圖像起落架自動(dòng)識(shí)別方法。

背景技術(shù)：

起落架的充分打開與鎖定是飛機(jī)安全降落的必要前提。目前，雖然軍民用飛機(jī)都安裝有起落架狀態(tài)的機(jī)械、燈光提示標(biāo)志及儀表指示，部分飛機(jī)還具有艙外攝像頭等監(jiān)視設(shè)備可以觀察起落架狀態(tài)。但在飛機(jī)降落過程中往往還需在地面設(shè)立觀察人員，人工確認(rèn)起落架的打開狀態(tài)，以確保絕對(duì)安全。而人工觀察由于受制于天氣、時(shí)段、光照強(qiáng)度等諸多外界因素的影響，極端情況下可能并不能及時(shí)、有效提供起落架狀態(tài)的指示信息以滿足飛機(jī)降落前迅速?zèng)Q策的需求，所以在紅外光電助降系統(tǒng)中加入基于紅外圖像的起落架全自動(dòng)識(shí)別技術(shù)就具有非常重要的意義。

在紅外圖像目標(biāo)檢測(cè)、識(shí)別領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已開展了大量研究，并取得許多研究成果，主要思路是根據(jù)圖像中目標(biāo)的邊緣信息、目標(biāo)局部灰度均值和方差、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度等自身的特征信息將目標(biāo)與背景分割開。飛機(jī)起落架不能簡(jiǎn)單使用傳統(tǒng)的目標(biāo)檢測(cè)方法，通過前景分割將起落架區(qū)域直接從飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)中區(qū)分出來加以分析。還需要解決以下關(guān)鍵問題：(1)在不確定的視場(chǎng)下準(zhǔn)確定位飛機(jī)尺度和姿態(tài)，提取飛機(jī)的結(jié)構(gòu)；(2)基于飛機(jī)框架對(duì)起落架區(qū)域進(jìn)行恰當(dāng)自適應(yīng)分割、定位以及提取。(3)對(duì)提取的起落架區(qū)域進(jìn)行起落架狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別；(4)多數(shù)現(xiàn)有的目標(biāo)識(shí)別方法運(yùn)算量大，不易于硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)雙發(fā)引擎的飛機(jī)，設(shè)計(jì)一種方法簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)、效果良好、且適合硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的紅外圖像起落架自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施步驟如下：

步驟1，輸入紅外圖像i；

步驟2，統(tǒng)計(jì)紅外圖像i的直方圖his，計(jì)算前景和背景的分割閾值th；

步驟3，利用分割閾值th將紅外圖像i二值化，得到二值圖biimg；

步驟4，定位飛機(jī)兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置pos1和pos2；

步驟5，計(jì)算前后起落架分布區(qū)域，分別為area1、area2和area3；

步驟6，在分布區(qū)域中計(jì)算起落架特征參數(shù)f1、f2和f3；

步驟7，根據(jù)特征參數(shù)f1、f2和f3完成起落架識(shí)別。

步驟2包括如下步驟：

步驟2-1，計(jì)算紅外圖像i的直方圖his(k){k＝0,...,255}，k表示灰度級(jí)；

步驟2-2，設(shè)定門限t1，對(duì)直方圖his從高灰度級(jí)向低灰度級(jí)進(jìn)行1×n劃窗處理，若劃窗內(nèi)當(dāng)前灰度的像素?cái)?shù)his(k)>t1，判定當(dāng)前灰度級(jí)為背景值，否則，判定當(dāng)前灰度級(jí)為前景值，其中，5≤n≤15，n表示窗口寬度，100≤t1≤150；

步驟2-3，統(tǒng)計(jì)1×n劃窗內(nèi)his(k)>t1的個(gè)數(shù)count，若count/n>0.8，則將n/2處的k值判定為分割閾值th，否則，繼續(xù)從高灰度級(jí)向低灰度級(jí)進(jìn)行1×n劃窗處理，直到找到分割閾值為止。

步驟4包括：

紅外成像灰度值取決于目標(biāo)和背景的差值，差值越大，灰度值越高。飛機(jī)紅外特征表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)灰度值最高。為避免盲元、噪聲等影響，在直方圖his中從高灰度級(jí)向低灰度級(jí)查找，將首次像素?cái)?shù)his(k)>40的灰度級(jí)判定為發(fā)動(dòng)機(jī)灰度值，根據(jù)該灰度值在紅外圖像中定位發(fā)動(dòng)機(jī)的位置pos1和pos2，它們的坐標(biāo)分別為(x1,y1)和(x2,y2)，x1,y1分別表示位置pos1的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，x2,y2分別表示位置pos2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，k表示灰度級(jí)。

步驟5包括：

起落架分布特征為：前起落架區(qū)域area1位于兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的中軸線附近，后起落架區(qū)域area2和area3分別位于兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置pos1和pos2附近，以兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)位置坐標(biāo)(x1,y1)和(x2,y2)為參考點(diǎn)，x1<x2，建立直角坐標(biāo)系，則：

area1表示為：在橫軸x方向的起始位置為在橫軸x方向的結(jié)束位置為在縱軸y方向的起始位置為在縱軸y方向的結(jié)束位置為

area2表示為：在橫軸x方向的起始位置為x1；在橫軸x方向的結(jié)束位置為在縱軸y方向的起始位置為在縱軸y方向的結(jié)束位置為

area3表示為：在橫軸x方向的起始位置為在橫軸x方向的結(jié)束位置為x2；在縱軸y方向的起始位置為在縱軸y方向的結(jié)束位置為

其中，t2表示長(zhǎng)寬比，2≤t2≤4。

步驟6包括：

在二值圖biimg中，假設(shè)前后起落架分布區(qū)域area1、area2和area3像素值為1的y方向最大位置分別為ymax1、ymax2和ymax3，則特征參數(shù)f1、f2和f3表達(dá)式如下：

步驟7包括：

若f1>t3，則判定前起落架處于放下狀態(tài)，否則，判定前起落架處于收起狀態(tài)；

若f2>t3，則判定后左起落架處于放下狀態(tài)，否則，判定后左起落架處于收起狀態(tài)；

若f3>t3，則判定后右起落架處于放下狀態(tài)，否則，判定后右起落架處于收起狀態(tài)；

其中，0.5≤t3≤1。根據(jù)實(shí)際情況判斷t1、t2、t3的具體取值。

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)采用基于直方圖統(tǒng)計(jì)的自適應(yīng)目標(biāo)分割方法，不受飛機(jī)尺度和姿態(tài)影響，能夠精確分割目標(biāo)；(2)通過建立起落架識(shí)別模型，在像素?cái)?shù)少的前提下對(duì)起落架精確識(shí)別；(3)選用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)作為參考，對(duì)起落架定位，能提高起落架識(shí)別正確率；(4)不存在高階運(yùn)算和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，算法運(yùn)算量小，易于硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。

圖1是本發(fā)明紅外圖像起落架自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的流程圖。

圖2a是原始圖像。

圖2b是二值圖。

圖2c是遠(yuǎn)距離起落架識(shí)別結(jié)果。

圖3a是原始圖像。

圖3b是二值圖。

圖3c是近距離起落架識(shí)別效果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施步驟如下：

步驟1，輸入紅外圖像i；

步驟2，統(tǒng)計(jì)紅外圖像i的直方圖his，計(jì)算前景和背景的分割閾值th；

步驟3，利用分割閾值th將紅外圖像i二值化，得到二值圖biimg；

步驟4，定位飛機(jī)兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置pos1和pos2；

步驟5，計(jì)算前后起落架分布區(qū)域，分別為area1、area2和area3；

步驟6，在分布區(qū)域中計(jì)算起落架特征參數(shù)f1、f2和f3；

步驟7，根據(jù)特征參數(shù)f1、f2和f3完成起落架識(shí)別。

步驟2包括如下步驟：

步驟2-1，計(jì)算紅外圖像i的直方圖his(k){k＝0,...,255}，k表示灰度級(jí)；

步驟2-2，設(shè)定門限t1，對(duì)直方圖his從高灰度級(jí)向低灰度級(jí)進(jìn)行1×n劃窗處理，若劃窗內(nèi)當(dāng)前灰度的像素?cái)?shù)his(k)>t1，判定當(dāng)前灰度級(jí)為背景值，否則，判定當(dāng)前灰度級(jí)為前景值，其中，5≤n≤15，n表示窗口寬度，100≤t1≤150；

步驟2-3，統(tǒng)計(jì)1×n劃窗內(nèi)his(k)>t1的個(gè)數(shù)count，若count/n>0.8，則將n/2處的k值判定為分割閾值th，否則，繼續(xù)從高灰度級(jí)向低灰度級(jí)進(jìn)行1×n劃窗處理，直到找到分割閾值為止。

步驟4包括：

紅外成像灰度值取決于目標(biāo)和背景的差值，差值越大，灰度值越高。飛機(jī)紅外特征表現(xiàn)為發(fā)動(dòng)機(jī)灰度值最高。為避免盲元、噪聲等影響，在直方圖his中從高灰度級(jí)向低灰度級(jí)查找，將首次像素?cái)?shù)his(k)>40的灰度級(jí)判定為發(fā)動(dòng)機(jī)灰度值，根據(jù)該灰度值在紅外圖像中定位發(fā)動(dòng)機(jī)的位置pos1和pos2，它們的坐標(biāo)分別為(x1,y1)和(x2,y2)，x1,y1分別表示位置pos1的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，x2,y2分別表示位置pos2的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，k表示灰度級(jí)。

步驟5包括：

起落架分布特征為：前起落架區(qū)域area1位于兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的中軸線附近，后起落架區(qū)域area2和area3分別位于兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的位置pos1和pos2附近，以兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)位置坐標(biāo)(x1,y1)和(x2,y2)為參考點(diǎn)，x1<x2，建立直角坐標(biāo)系，則：

area1表示為：在橫軸x方向的起始位置為在橫軸x方向的結(jié)束位置為在縱軸y方向的起始位置為在縱軸y方向的結(jié)束位置為

area2表示為：在橫軸x方向的起始位置為x1；在橫軸x方向的結(jié)束位置為在縱軸y方向的起始位置為在縱軸y方向的結(jié)束位置為

area3表示為：在橫軸x方向的起始位置為在橫軸x方向的結(jié)束位置為x2；在縱軸y方向的起始位置為在縱軸y方向的結(jié)束位置為

其中，t2表示長(zhǎng)寬比，2≤t2≤4。

步驟6包括：

在二值圖biimg中，假設(shè)前后起落架分布區(qū)域area1、area2和area3像素值為1的y方向最大位置分別為ymax1、ymax2和ymax3，則特征參數(shù)f1、f2和f3表達(dá)式如下：

步驟7包括：

若f1>t3，則判定前起落架處于放下狀態(tài)，否則，判定前起落架處于收起狀態(tài)；

若f2>t3，則判定后左起落架處于放下狀態(tài)，否則，判定后左起落架處于收起狀態(tài)；

若f3>t3，則判定后右起落架處于放下狀態(tài)，否則，判定后右起落架處于收起狀態(tài)；

其中，0.5≤t3≤1。

實(shí)施例

紅外熱像儀焦平面陣列大小是640×512，工作幀頻是每秒50幀。圖像處理平臺(tái)采用dsp+fpga架構(gòu)，紅外圖像起落架自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在dsp處理器中實(shí)現(xiàn)，滿足實(shí)時(shí)處理的需求，如圖1所示，具體實(shí)施步驟如下：

(1)獲取輸入紅外圖像i；

dsp處理器輸入圖像i是8位數(shù)字圖像，圖像尺寸是640×512。

(2)統(tǒng)計(jì)i直方圖his，計(jì)算前景和背景的分割閾值th；

直方圖his表示為his(k){k＝0...255}，設(shè)定門限t1＝120，劃窗1×n取n＝10，根據(jù)count/n>0.8計(jì)算可得閾值th＝130。

(3)利用閾值th＝130將圖像i二值化，得到二值圖biimg，如圖2b和圖3b所示；

(4)定位飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)位置pos1和pos2，即(x1,y1)和(x2,y2)；

在直方圖his(k){k＝0...255}中，將首次像素?cái)?shù)his(k)>40的灰度級(jí)認(rèn)為是發(fā)動(dòng)機(jī)灰度值，計(jì)算可得發(fā)動(dòng)機(jī)灰度級(jí)為240，根據(jù)灰度值240可在紅外圖像中定位發(fā)動(dòng)機(jī)的位置pos1和pos2，例如在圖2a中為(320,304)和(398,296)，在圖3a中為(158,412)和(182,396)。

(5)計(jì)算前后起落架分布區(qū)域分別為area1、area2和area3；

area1可表示為：在x方向的起始位置為在x方向的結(jié)束位置為在y方向的起始位置為在y方向的結(jié)束位置為

area2可表示為：在x方向的起始位置為x1；在x方向的結(jié)束位置為在y方向的起始位置為在y方向的結(jié)束位置為

area3可表示為：在x方向的起始位置為在x方向的結(jié)束位置為x2；在y方向的起始位置為在y方向的結(jié)束位置為

取長(zhǎng)寬比t2＝3，根據(jù)上述表達(dá)式，計(jì)算可得：

在圖2a中，area1在x方向的起始位置為351；在x方向的結(jié)束位置為367；在y方向的起始位置為300；在y方向的結(jié)束位置為326；area2可表示為：在x方向的起始位置為320；在x方向的結(jié)束位置為340；在y方向的起始位置為300；在y方向的結(jié)束位置為326；area3可表示為：在x方向的起始位置為378；在x方向的結(jié)束位置為398；在y方向的起始位置為300；在y方向的結(jié)束位置為326。

在圖3a中，area1在x方向的起始位置為208；在x方向的結(jié)束位置為232；在y方向的起始位置為404；在y方向的結(jié)束位置為445；area2可表示為：在x方向的起始位置為158；在x方向的結(jié)束位置為189；在y方向的起始位置為404；在y方向的結(jié)束位置為445；area3可表示為：在x方向的起始位置為282；在x方向的結(jié)束位置為251；在y方向的起始位置為404；在y方向的結(jié)束位置為445。

(6)在area1、area2和area3計(jì)算起落架特征參數(shù)f1、f2和f3；

根據(jù)f1、f2和f3計(jì)算公式可得，在圖2a中，f1＝0.53、f2＝0.81和f3＝0.79；在圖3a中，f1＝0.57、f2＝0.83和f3＝0.85。

(7)根據(jù)特征參數(shù)f1、f2和f3參數(shù)完成起落架識(shí)別；

取t3＝0.5，根據(jù)起落架識(shí)別原則，圖2a和圖3a的起落架均可被識(shí)別，如圖2c和圖3c所示。

本發(fā)明提供了一種紅外圖像起落架自動(dòng)識(shí)別方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。