专利名称：一种空地图像制导武器目标识别方法
技术领域：
本发明属于图像处理与机器视觉领域，涉及一种目标识别方法，特别涉及一种空地图像制导武器目标识别方法。
背景技术：
空地图像制导武器的一个发展趋势是制导过程的全自动化和智能化。应用人工智能技术，自适应地进行自动目标探测和识别，具有反应速度快，制导精度高，抗干扰能力强，效费比高等优点，很适应于未来高技术的复杂作战环境。美、俄等国家都很重视和致力于这方面的研究，国外应用了成像自动目标识别(ATR)技术的导弹或炸弹计划包括:美国SLAM2ER空地导弹、JDAM制导炸弹、JSOW空地导弹、JASSM空地导弹、SDB I1、低成本图像制导火箭弹(LOGIR)，英国“风暴前兆”空地导弹，法国“斯卡耳普”空地导弹，日本ASM-2C反舰导弹，德国/瑞典KETO-350空地导弹等。对于国内制导武器研究而言，自动目标识别技术还可解决末制导武器对载机的依赖，满足载机无法提供数据链支持的用户需求，适用于面向不同载机挂装的需要。自动目标识别系统是一个涉及到传感器、算法、处理器和目标环境特性的复杂系统，必须从以算法为中心转换到以产品为中心的研究思路，要采用系统工程方法有效、准确地定义自动目标识别产品的需求和关键的系统设计权衡空间。要以多学科综合设计的理念，根据作战使命、目标和环境特性以及目标探测传感器的特性和实时信息处理器的水平，通过系统、综合的分析进行识别系统方案的选择和评估，使系统的整体性能达到最优。基于模板匹配的自动目标识别方法根据导引头提前装订的目标模板图像，当武器临近目标时，成像传感器实时拍摄目标所在区域图像，将模板图像在实时图像中以一定的偏移量移位，然后计算模板图像和实时图像重叠区域的匹配度，将最佳匹配区域确定为识别目标位置。这类方法由于计算量小、识别精度高，得到广泛的应用，近年来，已有多种用于攻击大型固定目标的成像制导武器采用了基于前视模板匹配的ATR技术，具备了自动目标捕获能力，如美国的SLAM2ER、JDAM、AGM158和AGM154C，英国的风暴前兆，法国的斯卡耳普，南非的MUPSOW等空地导弹。由于常用的模板匹配仅具有平移不变性，而不具有旋转不变性、尺度不变性，而末制导阶段制导武器的飞行姿态、与目标的距离和目标姿态均会发生较大变化，如果导引头实时采集的图像和装订的模板图像具有不同的尺度和视角，直接匹配将造成误匹配，无法准确定位出目标位置；如果采用多种尺度、视角的模板将使导引头计算量成级数增加，导引头计算机无法满足实时性要求，影响该方法应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种空地图像制导武器目标识别方法，提高模板匹配算法的匹配概率，实现空地图像制导武器对目标进行正确快速的识别与跟踪。
本发明技术解决方案:一种空地图像制导武器目标识别方法，实现步骤如下:(I)原始目标模板图像和空地图像制导武器弹道信息准备(11)在空地图像制导武器飞行任务前利用目标侦察拍摄目标基准图像，同时获得采集基准图像的位置和姿态信息，然后根据实际需要在基准图像中选择一定大小的目标模板图像；(12)准备空地图像制导武器飞行过程中的弹道信息，包括位置信息和姿态信息；(2)生成目标模板图像序列并装订入制导炸弹的导引头(21)根据每一时刻的弹道位置信息对原始目标模板图像进行尺度变换，得到与空地图像制导武器实际飞行过程中拍摄的目标实时图像尺度相同的目标模板图像序列；(22)根据每一时刻的弹道姿态信息对(21)中得到的模板图像序列进行视角变换，得到与空地图像制导武器实际飞行过程中拍摄的目标实时图像尺度和视角均相同的目标丰吴板图像序列；(23)将(22)中得到的目标模板图像序列装订入空地图像制导武器的导引头；(3)空地图像制导武器在转入末制导阶段后，导引头采集实时图像，根据导航信息从目标模板图像序列中选取对应的目标模板图像，并根据一定的匹配度度量准则对目标模板图像和实时图像进行模板匹配；(4)如果匹配成功，则可得到目标在实时图像中的位置，并根据匹配结果进行目标模板更新，转入目标跟踪过程，否则转入(3)重新采集目标实时图像进行目标识别。所述匹配度度量准则采用平均绝对差算法。本发明与现有技术相比的优点在于:(I)结合导航信息和弹道提供的位置和姿态信息保证目标模板图像和实时图像具有相同的尺度和视角，提高模板匹配算法的匹配概率，实现空地图像制导武器对目标进行正确快速的识别与跟踪。(2)本发明解决了模板匹配不适用于尺度变化、视角变化等问题，具有实时性高、目标识别可靠和对硬件要求低等优点，在空地武器图像制导中具有良好的应用前景。
图1为本发明方法实现流程图；图2为本发明中尺度变换关系图；图3为本发明中相机成像模型图；图4为本发明中欧拉角示意图；图5为本发明中基于区域灰度的模板匹配方法示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明具体实现步骤如下:步骤一，原始目标模板图像和空地图像制导武器弹道信息准备。(11)在空地图像制导武器飞行任务前利用目标侦察拍摄目标基准图像，同时获得采集基准图像的位置和姿态信息，然后根据实际需要在基准图中选择一定大小的目标模板图像。
(12)准备空地图像制导武器飞行过程中的弹道信息，包括位置信息和姿态信息。步骤二、生成目标模板图像序列并装订入制导炸弹的导引头。(21)根据每一时刻的弹道位置信息对原始目标模板图像进行尺度变换，得到与空地图像制导武器实际飞行过程中拍摄的目标实时图像尺度相同的目标模板图像序列。如图2所示，假设拍摄基准图的高度为Ii1，视场角为a i，分辨率为R1，而导引头的高度为h2，视场角为Ci2，分辨率为R2，则可以根据拍摄的位置信息建立起基准图像与实时图像之间的尺度换算关系:
权利要求
1.种空地图像制导武器目标识别方法，其特征在于实现步骤如下: (1)原始目标模板图像和空地图像制导武器弹道信息准备 (11)在空地图像制导武器飞行任务前利用目标侦察拍摄目标基准图像，同时获得采集基准图像的位置和姿态信息，然后根据实际需要在基准图像中选择一定大小的目标模板图像； (12)准备空地图像制导武器飞行过程中的弹道信息，包括位置信息和姿态信息； (2)生成目标模板图像序列并装订入制导炸弹的导引头 (21)根据每一时刻的弹道位置信息对原始目标模板图像进行尺度变换，得到与空地图像制导武器实际飞行过程中拍摄的目标实时图像尺度相同的目标模板图像序列； (22)根据每一时刻的弹道姿态信息对步骤(21)中得到的目标模板图像序列进行视角变换，得到与空地图像制导武器实际飞行过程中拍摄的目标实时图像尺度和视角均相同的目标1吴板图像序列； (23)将步骤(22)中得到的目标模板图像序列装订入空地图像制导武器的导引头； (3)空地图像制导武器在转入末制导阶段后，导引头采集目标实时图像，并根据导航信息从目标模板图像序列中选取相应的目标模板图像，并根据一定的匹配度度量准则对目标模板图像和目标实时图像进行模板匹配； (4)如果匹配成功，则可得到目标在实时图像中的位置，并根据匹配结果进行目标模板更新，转入目标跟踪过程，否则转入步骤(3)重新采集目标实时图像进行目标识别。
2.据权利要求1所述的一种空地图像制导武器目标识别方法，其特征在于:所述匹配度度量准则采用平均绝对差算法。
全文摘要
本发明涉及一种空地图像制导武器目标识别方法，适用于地面固定目标的识别。该方法利用目标侦察获得基准图像及对应的位置和姿态信息，任务规划时在基准图像中选取原始目标模板图像，根据弹道信息对其进行图像变换生成目标模板图像序列，使各个弹道位置的目标模板图像与实际飞行时获得的实时图像具有相同的尺度和视角，导引头根据导航信息选取相应的目标模板图像与实时图像进行匹配得到目标在实时图像中的位置。本发明通过导航、弹道与图像处理一体化设计，解决了常用模板匹配目标识别方法不适用于尺度变化、视角变化的问题，简化了导引头的图像信息处理，提高了模板匹配的匹配概率，可用于空地图像制导武器末段自动识别目标，具有良好的应用前景。
文档编号G06K9/00GK103093193SQ20121059504
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者赵晓霞, 王怀野, 王冬, 温阳, 郭慧敏, 宋敏, 刘松博, 张军, 弥曼, 邵爱东, 牛盅凯 申请人:中国航天时代电子公司