機場飛機目標圖像氣動光學效應校正方法
【專利摘要】機場飛機目標圖像氣動光學效應校正方法，屬于數字圖像處理技術，解決現有機場圖像氣動光學效應校正方法實時性差、校正效率低的問題。本發明包括兩個步驟，地面知識準備步驟包括獲取正視影像圖和生成正視參考圖子步驟；實時遙感飛行處理步驟包括獲取實時圖像、選取子參考圖、透視變換、目標機場光學圖像校正、模板匹配提取機場跑道區域、機場跑道圖像校正、分割檢測疑似飛機目標區域、疑似飛機目標區域校正、疑似飛機目標區域回填、機場跑道區域回填子步驟。本發明將校正范圍約束在機場區域內，集中在疑似飛機目標區域上，提高了實時性，改善了校正效果，適用于高超聲速飛行器對遙感、探測、導航和制導過程中獲取的機場圖像進行氣動光學效應校正。
【專利說明】機場飛機目標圖像氣動光學效應校正方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于數字圖像處理技術，具體涉及一種機場飛機目標圖像氣動光學效應校正方法，用于高超聲速飛行器遙感、探測、導航和制導。
【背景技術】
[0002]高超聲速飛行器遙感、探測、導航和制導是二十一世紀航空航天事業發展的一個重要領域，在未來的高科技和國民經濟發展中具有重要的科學意義和應用價值。但是由于飛行速度高于聲速三倍以上，以高超聲速飛行器為平臺的遙感、探測、導航和制導面臨氣動光學效應的挑戰。 [0003]氣動光學是研究高速繞流對高速飛行器成像探測的影響的一門學科。載有光學成像探測系統的高速飛行器在大氣層內飛行時，光學頭罩與來流之間形成復雜的流場，對光學成像探測系統造成除熱輻射外的光學波前傳輸畸變或傳輸干擾，引起被觀測對象圖像的偏移、抖動、模糊，這種效應就稱為氣動光學傳輸效應。這種效應造成圖像模糊，降低了圖像質量，嚴重影響了探測精度，甚至導致遙感、探測、導航和制導功能的喪失。因此需要對圖像進行氣動光學效應校正，以提高圖像質量。
[0004]在高超聲速飛行器的遙感、探測、導航和制導中，機場目標是一類重要地物，機場飛機目標圖像的氣動光學效應校正具有實際意義。現有的校正算法如盲目反卷積算法，針對全圖進行校正，采用大量迭代，導致算法耗時長，達不到實時性，且效果不理想。飛行器的高超聲速飛行以及成像系統的高幀頻特性，對于校正算法的運算效率和性能提出了更高的要求，目前的氣動光學效應校正算法并不能滿足要求。
【發明內容】
[0005]本發明提供一種機場飛機目標圖像氣動光學效應校正方法，解決現有機場圖像氣動光學效應校正方法實時性差、校正效率低的問題。
[0006]本發明所提供的一種機場飛機目標圖像氣動光學效應校正方法，包括建立地面知識準備步驟和實時遙感飛行處理步驟，其特征在于:
[0007](I)地面知識準備步驟，包括下述子步驟:
[0008](1.1)猶取正視影像圖:
[0009]從Google衛星圖片中獲取不同拍攝高度的、包含整個目標機場區域的正視影像圖Qk，O < k≤20，表示拍攝高度為k公里；
[0010](1.2)生成正視參考圖:
[0011]由所述正視影像圖Qk，生成多尺度下二值的機場跑道正視參考圖Lk ；
[0012](2)實時遙感飛行處理步驟，包括下述子步驟:
[0013](2.1)獲取實時圖像:
[0014]高超聲速飛行器實時獲取目標機場光學圖像P。；
[0015](2.2)選取子參考圖:[0016]根據高超聲速飛行器的飛行高度H(單位:米)，在所述機場跑道正視參考圖Lk中選取機場跑道正視參考圖U，ω = [H/1000+0.5];根據高超聲速飛行器預先規劃的飛行航路，在機場跑道正視參考圖U中選取機場跑道正視子參考圖L ；
[0017](2.3)透視變換:
[0018]根據高超聲速飛行器實時飛行姿態參數，將所述機場跑道正視子參考圖L經過透視變換，轉換為機場跑道前視子參考圖L'；
[0019](2.4)目標機場光學圖像校正:
[0020]對所述目標機場光學圖像Ptl進行校正，得到校正后目標機場圖像P1 ；
[0021](2.5)模板匹配提取機場跑道區域:
[0022]利用所述機場跑道前視子參考圖L'，在所述校正后目標機場圖像P1上進行模板匹配，確定機場跑道區域在P1中的位置，提取出機場跑道區域圖像P2 ；
[0023](2.6)機場跑道圖像校正:
[0024]對所述機場跑道 區域圖像P2進行校正，得到校正后機場跑道區域圖像P3 ;
[0025](2.7)分割檢測疑似飛機目標區域:
[0026]在校正后機場跑道區域圖像P3中所有機場跑道像素點I' 上進行分割，對分割后低灰度級區域進行檢測，確定疑似飛機目標位置，提取出疑似飛機目標區域圖像P4 ；
[0027](2.8)疑似飛機目標區域校正:
[0028]對所述疑似飛機目標區域圖像P4進行校正，得到校正后疑似飛機目標區域圖像P5;
[0029](2.9)疑似飛機目標區域回填:
[0030]將所述校正后疑似飛機目標區域圖像P5回填到所述校正后機場跑道區域圖像P3中，得到回填后機場跑道區域圖像P6 ；
[0031](2.10)機場跑道區域回填:
[0032]將所述回填后機場跑道區域圖像P6回填到所述校正后目標機場圖像P1中，得到校正結果ρ7。
[0033]所述的機場圖像校正方法，其特征在于:
[0034]所述子步驟(1.2)包括下述過程:
[0035](A)選取拍攝高度k公里的目標機場正視影像圖Qk，作為待定機場跑道正視參考圖Lk，人工將其圖像像素點分為機場跑道Ij象素點和背景Ib像素點兩類，機場跑道k包括飛機起降跑道、起降跑道連接道和停機坪，它們的像素點平均灰度值較高；背景IbS目標機場正視影像圖中除機場跑道以外的部分，包括植被、水域、建筑、農田，它們的像素點平均灰度值較低；飛機目標Ia停在機場跑道L之上，飛機目標Ia從屬于所述機場跑道L ;所述機場跑道L和背景&之間具有空間約束關系L U Ib = Qk，所述飛機目標Ia和機場跑道込之間具有空間約束關系
[0036](B)在所述待定機場跑道正視參考圖Lk，計算機場跑道L的各像素點灰度均值，然后賦給待定機場跑道正視參考圖Lk中所有機場跑道像素點；所有背景像素點均取灰度值0，構成二值的機場跑道正視參考圖Lk ；
[0037](C)按照過程㈧、⑶生成所有的機場跑道正視參考圖Lk，O < k≤20。
[0038]所述的機場圖像校正方法，其特征在于:[0039]所述子步驟(2.3)包括下述過程:
[0040]根據高超聲速飛行器的實時飛行姿態參數，將機場跑道正視子參考圖L中機場跑道的像素點坐標(X()，y0)轉換為機場跑道前視子參考圖L'中的對應像素點坐標(X1, Y1),得到機場跑道前視子參考圖L'；
【權利要求】
1.一種機場飛機目標圖像氣動光學效應校正方法，包括建立地面知識準備步驟和實時遙感飛行處理步驟，其特征在于: (1)地面知識準備步驟，包括下述子步驟: (1.1)獲取正視影像圖: 從Google衛星圖片中獲取不同拍攝高度的、包含整個目標機場區域的正視影像圖Qk，O < k≤20，表示拍攝高度為k公里； (1.2)生成正視參考圖: 由所述正視影像圖Qk，生成多尺度下二值的機場跑道正視參考圖Lk ； (2)實時遙感飛行處理步驟，包括下述子步驟: (2.1)獲取實時圖像: 高超聲速飛行器實時獲取目標機場光學圖像P。; (2.2)選取子參考圖: 根據高超聲速飛行器的飛行高度H(單位:米)，在所述機場跑道正視參考圖Lk中選取機場跑道正視參考圖U，ω = [Η/1000+0.5];根據高超聲速飛行器預先規劃的飛行航路，在機場跑道正視參考圖U中選取 機場跑道正視子參考圖L ； (2.3)透視變換: 根據高超聲速飛行器實時飛行姿態參數，將所述機場跑道正視子參考圖L經過透視變換，轉換為機場跑道前視子參考圖L'； (2.4)目標機場光學圖像校正: 對所述目標機場光學圖像Ptl進行校正，得到校正后目標機場圖像P1 ； (2.5)模板匹配提取機場跑道區域: 利用所述機場跑道前視子參考圖L'，在所述校正后目標機場圖像P1上進行模板匹配，確定機場跑道區域在P1中的位置，提取出機場跑道區域圖像P2 ； (2.6)機場跑道圖像校正: 對所述機場跑道區域圖像P2進行校正，得到校正后機場跑道區域圖像P3 ； (2.7)分割檢測疑似飛機目標區域: 在校正后機場跑道區域圖像P3中所有機場跑道像素點L' ^上進行分割，對分割后低灰度級區域進行檢測，確定疑似飛機目標位置，提取出疑似飛機目標區域圖像P4 ； (2.8)疑似飛機目標區域校正: 對所述疑似飛機目標區域圖像P4進行校正，得到校正后疑似飛機目標區域圖像P5 ； (2.9)疑似飛機目標區域回填: 將所述校正后疑似飛機目標區域圖像P5回填到所述校正后機場跑道區域圖像P3中，得到回填后機場跑道區域圖像P6 ； (2.10)機場跑道區域回填: 將所述回填后機場跑道區域圖像P6回填到所述校正后目標機場圖像P1中，得到校正結果Ρ7。
2.如權利要求1所述的機場圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(1.2)包括下述過程: (A)選取拍攝高度k公里的目標機場正視影像圖Qk，作為待定機場跑道正視參考圖Lk，人工將其圖像像素點分為機場跑道Il像素點和背景Ib像素點兩類，機場跑道Il包括飛機起降跑道、起降跑道連接道和停機坪，它們的像素點平均灰度值較高；背景Ib為目標機場正視影像圖中除機場跑道以外的部分，包括植被、水域、建筑、農田，它們的像素點平均灰度值較低；飛機目標Ia停在機場跑道L之上，飛機目標Ia從屬于所述機場跑道;所述機場跑道込和背景Ib之間具有空間約束關系u Ib = Qk,所述飛機目標Ia和機場跑道込之間具有空間約束關系乃c ; (B)在所述待定機場跑道正視參考圖Lk，計算機場跑道L的各像素點灰度均值，然后賦給待定機場跑道正視參考圖Lk中所有機場跑道像素點；所有背景像素點均取灰度值O，構成二值的機場跑道正視參考圖Lk ； (C)按照過程㈧、⑶生成所有的機場跑道正視參考圖Lk，0< k≤20。
3.如權利要求1所述的機場圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.3)包括下述過程: 根據高超聲速飛行器的實時飛行姿態參數，將機場跑道正視子參考圖L中機場跑道的像素點坐標(X()，y0)轉換為機場跑道前視子參考圖L'中的對應像素點坐標(X1, Y1),得到機場跑道前視子參考圖L'；
4.如權利要求1所述的機場圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.4)、子步驟(2.6)和子步驟(2.8)中，對各類圖像進行校正，包括下述過程: (A)令
5.如權利要求1所述的機場圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.5)中，在所述校正后目標機場圖像P1I進行模板匹配，包括下述過程: (A)以校正后目標機場圖像P1為待匹配圖，行數和列數分別為Mr、Nr,Mr = R, Nr = C，以機場跑道前視子參考圖L'為參考圖,行數和列數分別為< Mr, Ns < Nr, 計算子圖與機場跑道前視子參考圖L,間的去均值歸一化互相關度量值P (U，V):
6.如權利要求1所述的機場圖像校正方法，其特征在于: 所述子步驟(2.7)包括下述過程: (A)在校正后機場跑道區域圖像P3上，搜索所有機場跑道像素點I'^
【文檔編號】G06T5/50GK103745450SQ201310753610
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優先權日:2013年12月31日
【發明者】張天序, 王正, 何力, 劉立, 周鋼, 凡速飛, 陳一夢, 鄭亞云 申請人:華中科技大學