本發(fā)明屬于目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域，主要涉及飛機(jī)幾何特征的提取以及飛機(jī)目標(biāo)的識(shí)別。
背景技術(shù)：
：飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別是通過對(duì)成像雷達(dá)或偵察衛(wèi)星所拍攝的照片進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，來確定飛機(jī)目標(biāo)。現(xiàn)存在的大部分識(shí)別方法需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行特征提取，再根據(jù)提取的特征使用各種算法與模板庫中飛機(jī)特征進(jìn)行匹配，主要存在以下問題：(1)提取的目標(biāo)特征原則上要求具有不變性，但當(dāng)拍攝方位角、灰度、對(duì)比度等發(fā)生變化時(shí)常會(huì)發(fā)生變化，即具有絕對(duì)不變性特征向量是不存在的，需要提取具有相對(duì)穩(wěn)定性的特征向量；(2)復(fù)雜特征的提取空間和時(shí)間復(fù)雜度高，計(jì)算復(fù)雜，降低了識(shí)別效率，故要提取特征最好是簡單易提取特征；(3)隨著新型飛機(jī)的出現(xiàn)，飛機(jī)的三維結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，飛機(jī)在不同姿態(tài)下拍攝的圖像差異很大，給特征提取及飛機(jī)識(shí)別帶來了更大的挑戰(zhàn)。因此，建立一個(gè)準(zhǔn)確率高、具有抗幾何形變和抗噪性能的飛機(jī)識(shí)別方案是有著重大意義的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于幾何差異的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別方法，能夠快速有效地識(shí)別目標(biāo)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：(1)利用飛機(jī)某個(gè)方向視圖輪廓多邊形，通過仿射變換得到其他方向視圖的輪廓多邊形；遍歷各型號(hào)飛機(jī)，建立飛機(jī)多姿態(tài)模型庫；(2)對(duì)待識(shí)別飛機(jī)圖像中的飛機(jī)輪廓和飛機(jī)多姿態(tài)模型庫中的飛機(jī)輪廓進(jìn)行歸一化處理，使得待識(shí)別飛機(jī)圖像中的飛機(jī)輪廓與飛機(jī)多姿態(tài)模型庫中的飛機(jī)輪廓具有相同的面積；(3)飛機(jī)輪廓多邊形重疊處理，包括以下步驟：(3.1)將待識(shí)別飛機(jī)圖像中的飛機(jī)輪廓記為多邊形A，飛機(jī)多姿態(tài)模型庫中的飛機(jī)輪廓記為多邊形B；分別計(jì)算多邊形A的重心OA和多邊形B的重心坐標(biāo)OB；(3.2)將多邊形B進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移，使得多邊形B的某一條邊依次與多邊形A的各條邊重疊且中點(diǎn)重合，遍歷多邊形B的各條邊，計(jì)算多邊形A的第i個(gè)邊與多邊形B的第j個(gè)邊重疊時(shí)OA、OB的距離di，j；(3.3)將距離di，j與預(yù)設(shè)的閾值d*比對(duì)，記錄滿足di，j<d*時(shí)對(duì)應(yīng)的多邊形B的姿態(tài)；(4)識(shí)別目標(biāo)飛機(jī)，包括以下步驟：(4.1)求取多邊形A與多邊形B的交集，得到交集多邊形；(4.2)求取交集多邊形的面積SIntersection以及多邊形A的面積S；(4.3)求模板相似系數(shù)ξ＝SIntersection/S；(4.4)選取模板相似系數(shù)最大的飛機(jī)多姿態(tài)模型庫中的飛機(jī)輪廓，對(duì)應(yīng)的飛機(jī)類型即為待識(shí)別目標(biāo)對(duì)應(yīng)目標(biāo)。所述的步驟(2)之前，對(duì)待識(shí)別的飛機(jī)圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括圖像灰度化、圖像平滑、圖像濾波、圖像增強(qiáng)、圖像邊緣檢測以及多邊形逼近。所述的步驟(2)包括以下步驟：(2.1)將待識(shí)別飛機(jī)圖像中的飛機(jī)輪廓記為多邊形A，飛機(jī)多姿態(tài)模型庫中的飛機(jī)輪廓記為多邊形B；分別計(jì)算多邊形A與多邊形B的面積SA、SB；多邊形A、B的相似比k＝B/A；(2.2)從多邊形A所在平面上任取一點(diǎn)O，連接點(diǎn)O與多邊形A的各頂點(diǎn)，計(jì)算每條連線長度li，i＝1，2，3，4，…，n，n表示多邊形頂點(diǎn)數(shù)，在每條連線或其延長線上分別取點(diǎn)B1、B2、B3、…、Bn，使得各點(diǎn)與點(diǎn)O的距離Li＝k*li；(2.3)連接點(diǎn)B1、B2、B3、…、Bn，得到歸一化后的多邊形。本發(fā)明的有益效果是：將獲取到的目標(biāo)圖片經(jīng)圖像處理后提取輪廓，并以最小周長多邊形算法構(gòu)造目標(biāo)輪廓的近似多邊形；然后根據(jù)模板庫標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)做放大或縮小處理后使其面積與模板面積相等；再使用擺放算法使其與模板庫圖形部分重合；并提出一種改進(jìn)型雙向鏈表算法求多邊形相交部分，通過計(jì)算相交部分面積大小達(dá)到識(shí)別圖像的目的。本發(fā)明經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方法簡單易行，能夠快速識(shí)別目標(biāo)，準(zhǔn)確率高，具有抗幾何形變和抗噪性能。附圖說明圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖2是實(shí)施例中交點(diǎn)示意圖；圖3是實(shí)施例中飛機(jī)各種擺放位置示意圖；圖4是實(shí)施例中遍歷各交點(diǎn)的方法流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。本發(fā)明提供一種基于幾何差異的飛機(jī)目標(biāo)識(shí)別算法，其步驟為：(1)飛機(jī)單視圖多姿態(tài)模型庫建立：利用飛機(jī)某個(gè)方向視圖輪廓多邊形，運(yùn)用仿射變換得到其他視角視圖，建立起多視圖模型庫；(2)目標(biāo)飛機(jī)圖像預(yù)處理：對(duì)待識(shí)別的飛機(jī)圖像，首先進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)原始采集圖像進(jìn)行處理，減少噪聲等無效信息對(duì)后續(xù)處理的影響，增強(qiáng)有用信息，提高圖像對(duì)比度；(3)飛機(jī)輪廓標(biāo)準(zhǔn)化：對(duì)目標(biāo)飛機(jī)輪廓與模板庫多姿態(tài)飛機(jī)利用相似多邊形原理做歸一化處理，使其具有相同的面積；(4)飛機(jī)輪廓多邊形重疊處理：使待識(shí)別飛機(jī)與模板庫中的飛機(jī)多邊形按一定規(guī)則重疊，并通過重心限定方法對(duì)所得到的重疊方式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行簡化；(5)識(shí)別目標(biāo)飛機(jī)：利用雙向鏈表遍歷存儲(chǔ)交點(diǎn)求取飛機(jī)輪廓多邊形交集，根據(jù)交集面積與原輪廓多邊形的面積比識(shí)別飛機(jī)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(1)的具體流程為：(1.1)搜集得到各類飛機(jī)圖片，經(jīng)過處理之后得到各類飛機(jī)的輪廓多邊形；(1.2)將飛機(jī)模型圖像輪廓做仿射變換就可以得到其各姿態(tài)的姿態(tài)圖，從而建立起飛機(jī)多姿態(tài)模型庫。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(1.2)的具體流程為：(1.2.1)建立仿射變換模型其中，det(A)≠0，(1.2.2)旋轉(zhuǎn)和平移變換設(shè)定：a1＝b2＝cosj,-a2＝b1＝sinj；(1.2.3)同位相似變換(圖像中的尺度變換)設(shè)定：a1＝b2＝T,a2＝b1＝0,a＝Z＝0；(1.2.4)剪切變換設(shè)定：a1＝b2＝1,a2＝0,b1＝k,a＝Z＝0。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(3)的具體流程為：(3.1)計(jì)算多邊形A與多邊形B的面積SA、SB。多邊形A，B的相似比為k(B/A)；(3.2)從平面上任取一點(diǎn)O，連接該點(diǎn)與多邊形A的各頂點(diǎn)，計(jì)算每條連線長度li(i＝1，2，3，4，…，n)(n表示多邊形頂點(diǎn)數(shù))，將其按遠(yuǎn)離O的方向延長(當(dāng)k<1時(shí)在O與頂點(diǎn)連線上取點(diǎn))使得Li＝k*li，得到點(diǎn)B1、B2、B3、…、Bn；(3.3)連接點(diǎn)B1、B2、B3、…、Bn即得到放大(或縮小)后的多邊形。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(4)的具體流程為：(4.1)計(jì)算多邊形A的重心OA以及多邊形B的重心坐標(biāo)OB；(4.2)使B經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、平移操作后從第一條邊開始依次與A的第一、第二…直至最后一條邊重疊且中點(diǎn)重合，并且計(jì)算每一次擺放后OA、OB的距離di，j(i，j)(表示A的第i個(gè)邊落在B的第j個(gè)邊上)；(4.3)設(shè)置重心距離閾值d*；(4.4)將滿足di，j<d*的調(diào)整擺放位置的多邊形依次輸出。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(5)的具體流程為：(5.1)利用雙向鏈表可訪問前驅(qū)和后繼節(jié)點(diǎn)且容易插入點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)求取待測飛機(jī)多邊形與模板庫飛機(jī)多邊形交集；(5.2)求取交集多邊形面積SIntersection以及待測飛機(jī)多邊形面積S；(5.3)求模板相似系數(shù)ξ＝SIntersection/S；(5.4)比較相似系數(shù)，相似系數(shù)最大的即為待識(shí)別目標(biāo)對(duì)應(yīng)目標(biāo)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟(5.1)的具體流程為：(5.1.1)定義多邊形A為待測飛機(jī)多邊形，多邊形B為模板庫飛機(jī)多邊形；(5.1.2)將A頂點(diǎn)序列按照逆時(shí)針順序放入到鏈表A，將B頂點(diǎn)序列按照逆時(shí)針方式放入到鏈表B；(5.1.3)令A(yù)與B按照步驟(4)所述進(jìn)行擺放；(5.1.4)求出A、B所有交點(diǎn)坐標(biāo)，并將交點(diǎn)插入到A、B鏈表；(5.1.5)遍歷交點(diǎn)；(5.1.6)判斷是否所有交點(diǎn)均被遍歷，如果沒有則轉(zhuǎn)到步驟(5.1.5)，否則輸出交集多邊形。如圖4所示，所述步驟(5.1.5)的具體流程為：(5.1.5.1)選擇一個(gè)從A進(jìn)入到B的入點(diǎn)交點(diǎn)開始遍歷鏈表；(5.1.5.2)當(dāng)?shù)竭_(dá)下一交點(diǎn)時(shí)，判斷交點(diǎn)是否是原鏈表多邊形頂點(diǎn)，如果否轉(zhuǎn)至另一鏈表繼續(xù)遍歷，否則再判斷該交點(diǎn)是否是另一鏈表多邊形頂點(diǎn)，如果否則沿原多邊形鏈表繼續(xù)遍歷，否則判斷以交點(diǎn)為起始點(diǎn)的兩多邊形的邊是否重合，如果否轉(zhuǎn)至另一多邊形鏈表繼續(xù)遍歷，否則沿原多邊形鏈表繼續(xù)遍歷至下一交點(diǎn)即重疊線段末端，再判斷沿逆時(shí)針走向時(shí)交點(diǎn)相對(duì)于另一多邊形是否為入點(diǎn)，如果是則沿原多邊形鏈表繼續(xù)遍歷，否則轉(zhuǎn)至另一多邊形遍歷；(5.1.5.3)判斷交點(diǎn)是否是(5.1.5.1)所選交點(diǎn)，如果否則轉(zhuǎn)至(5.1.5.2)，否則結(jié)束遍歷，得到多邊形的一個(gè)交集鏈表。本發(fā)明的實(shí)施例包括以下步驟：步驟1、飛機(jī)單視圖多姿態(tài)模型庫建立。利用飛機(jī)某個(gè)方向視圖輪廓多邊形，運(yùn)用仿射變換得到其他視角視圖，建立起多視圖模型庫；具體步驟按如下步驟進(jìn)行：1.1搜集得到各類飛機(jī)圖片，經(jīng)過處理之后得到各類飛機(jī)的輪廓多邊形；1.2將飛機(jī)模型圖像輪廓做仿射變換就可以得到其各姿態(tài)的姿態(tài)圖，從而建立起飛機(jī)多姿態(tài)模型庫。步驟2、目標(biāo)飛機(jī)圖像預(yù)處理。對(duì)待識(shí)別的飛機(jī)圖像，首先進(jìn)行預(yù)處理，對(duì)原始采集圖像進(jìn)行處理，減少噪聲等無效信息對(duì)后續(xù)處理的影響，增強(qiáng)有用信息，提高圖像對(duì)比度。步驟3、飛機(jī)輪廓標(biāo)準(zhǔn)化：對(duì)目標(biāo)飛機(jī)輪廓與模板庫多姿態(tài)飛機(jī)利用相似多邊形原理做歸一化處理，使其具有相同的面積；具體步驟按如下步驟進(jìn)行：3.1計(jì)算多邊形A與多邊形B的面積SA、SB。多邊形A、B的相似比為k(B/A)；3.2從平面上任取一點(diǎn)O，連接該點(diǎn)與多邊形A的各頂點(diǎn)，計(jì)算每條連線長度li(i＝1，2，3，4，…，n)(n表示多邊形頂點(diǎn)數(shù))，將其按遠(yuǎn)離O的方向延長(當(dāng)k<1時(shí)在O與頂點(diǎn)連線上取點(diǎn))使得Li＝k*li，得到點(diǎn)B1、B2、B3、…、Bn；3.3連接點(diǎn)B1、B2、B3、…、Bn即得到放大(或縮小)后的多邊形。步驟4、飛機(jī)輪廓多邊形重疊處理。使待識(shí)別飛機(jī)與模板庫中的飛機(jī)多邊形按一定規(guī)則重疊，并通過重心限定方法對(duì)所得到的重疊方式數(shù)據(jù)庫進(jìn)行簡化；具體步驟按如下步驟進(jìn)行：4.1計(jì)算多邊形A的重心OA以及多邊形B的重心坐標(biāo)OB；4.2使B經(jīng)過旋轉(zhuǎn)、平移操作后從第一條邊開始依次與A的第一、第二…直至最后一條邊重疊且中點(diǎn)重合，并且計(jì)算每一次擺放后OA、OB的距離di，j(i，j)(表示A的第i個(gè)邊落在B的第j個(gè)邊上)；4.3設(shè)置重心距離閾值d*＝15；4.4將滿足di，j<d*的調(diào)整擺放位置的多邊形依次輸出，如圖3所示，圖中各種擺放位置的參數(shù)如下表所示：(a1)(a2)(a3)(a4)飛機(jī)A重疊邊561216飛機(jī)B重疊邊421734重心距離3.5796.1073.96112.590交集多邊形面積22231.617705.215653.017568.3飛機(jī)多邊形面積25052250522505225052交集比率0.8870.7070.6250.701(b1)(b2)(b3)(b4)飛機(jī)A重疊邊1618190飛機(jī)B重疊邊334330重心距離7.9118.7348.7340交集多邊形面積17751.417704.017704.027149.9995飛機(jī)多邊形面積27150271502715017150交集比率0.6540.6520.6521步驟5、識(shí)別目標(biāo)飛機(jī)。利用雙向鏈表遍歷存儲(chǔ)交點(diǎn)求取飛機(jī)輪廓多邊形交集，根據(jù)交集面積與原輪廓多邊形的面積比識(shí)別飛機(jī)。具體按如下步驟進(jìn)行：5.1利用雙向鏈表求取交集多邊形。具體按如下步驟進(jìn)行：5.1.1設(shè)置A為待測飛機(jī)多邊形，B為模板庫多邊形；5.1.2生成多邊形A、B對(duì)應(yīng)的鏈表：鏈表A＝{a1，a2，…，a38}，鏈表B＝{b1，b2，…，b38}；5.1.3按照基于重心限定的擺放算法，選取合適擺放方式，如圖A的第6邊與B的第2邊重合(邊從0開始計(jì)數(shù))；5.1.4求出A的所有交點(diǎn)：I＝{I1，I2，…，I17}，將交點(diǎn)插入A、B鏈表中，得到新的A、B鏈表：A’＝{a1，…，a6，I1，a7，I2，I3，a8，…，a11，I5，a12，a13(I4)，a14，a17(I6)，a19，I7，a20，…，a24(I8)，…，a26，I11，a27，I10，a28，I9，…，a32(I12)，I13，a33，I14，I15，I16，a34，I17，…a38，a1}；B’＝{b1，…，b3(I2)，I3，b4，b5(I4)，I5，I6，I7，b6，b7，I8，b8(I9)，I10，b9，I11，b10，…，b14，I12，b15(I13)，b16，…，b23，I14，b24，b30，b31(I15)，b32，I16，b33，I17，b34，，b35，I1，b36，…，b38，b1}；5.1.5遍歷交點(diǎn)，得到交集多邊形鏈表W：W＝{I1，a7，I2，I3，a8，…，a11，I5，I6，I7，a20，…，I8，I9，a29，…，a31，I11，I12，b16，b23，I13，I14，b32，I15，a34，I16，b34，b35，I1}∪{I10，b9，I11，a27}5.2求取交集多邊形面積SIntersection＝17705.2待測飛機(jī)多邊形面積S＝25052；5.3求模板相似系數(shù)ξ＝SIntersection/S＝0.707；5.4比較相似系數(shù)識(shí)別目標(biāo)，附圖圖例中選擇b4模板對(duì)應(yīng)飛機(jī)為待測飛機(jī)對(duì)應(yīng)型號(hào)。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。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)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3