[发明专利]一种小型地标捕获定位方法

说明书

技术领域

本发明属于目标识别与导航制导定位技术领域，具体涉及一种小型地标自动捕获定位方法。 

背景技术

不断提高飞行器的导航精度一直是航空航天技术领域的重要研究课题。惯性导航系统的积累误差随着时间而逐渐增大，所以单独依靠惯性导航系统不能满足高精度导航的要求。可利用飞行器载光电平台成像系统获取外界基准信息，对地标进行捕获定位，从而对飞行器导航系统进行误差修正，实现飞行器的精确导航定位。 

小型地标是指地标特征所占图像尺寸在3×39×9像素范围的特征稳定的地物。小型地标是一种广泛存在的地物，其特征一般不容易改变。如果能够挖掘小型地标应用于导航定位的潜力，则飞行器导航系统的自主性将显著提高，对国民经济和国家安全意义重大。小型地标不仅是指那些本身几何尺寸小的稳定地物，还包括那些近距离尺寸比较大，但远距离成像时尺寸比较小的地物，因此小型地标的捕获定位应用广泛。小型地标也是一种目标，对于动平台条件下复杂背景中的小型地标，对其进行识别定位存在很多困难：首先小型地标在整个背景图像中占的比例很小，相对背景图像来说特征不显著；其次背景复杂且不断变化(如河流的涨水落水，局部地物的消失或出现)，背景中又存在大量的跟地标图像相似的模式；再次动平台本身不稳定，飞行器的惯性导航信息有误差。因此，复杂背景下小型地标的捕获定位是一个难点问题。 

Moon Y S，Zhang Tianxu，Zuo Zhengrong在“Detection of sea surface smalltargets in infrared images based on multi-level filter and minimum risk bayestest”，International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence，2000，14(7)：907-918中提出了一种基于多级滤波的海面红外小目标检测算法，该算法对背景、小目标和噪声频谱进行分析，利用基本滤波模板级连构成不同带宽的滤波模板对红外图像进行滤波，从而检测出目标。该方法的问题主要是：对于复杂地面背景中的小型地标，由于大量类似模式的存在，应用该方法可能造成大量虚警。 

Gianhca Marsiglia，Luea Fortunato，Aurora Ondini在“Template matchingtechniques for automatic IR target recognition in real and simulatedscenarios：tests and evaluations”，Proceeding of SPIE 2003，5094：159-16中提出了基于模板匹配的红外目标识别算法，该方法采用目标的结构图或纹理图制作目标基准图，与传感器输出的实时图进行匹配识别目标，适用于大型目标识别。该方法的问题主要是：对于复杂背景中的小型地标，地标本身相对于其周围复杂场景来说，特征不显著，这样在利用参考图进行匹配时，因为类似模式的存在，造成匹配识别概率低。 

即使是对于显著地物特征部位的识别定位，如桥梁与河流的某个交叉点，传统的方法是采用基于参考图的匹配，即首先在地面根据卫片制备二值或三值参考图，将其存入动平台计算机中，然后根据动平台的惯性导航信息，对计算机中的参考图进行透视变换，将变换后的参考子图与光电成像传感器实时图像匹配，从而捕获定位特征部位。但是这种方法并不可靠，因为在复杂背景中可能存在桥梁与河流的多个交叉点，且可能存在与交叉点类似的局部区域。这样在识别定位时，就可能定位到这些类似区域，而不是指定的导航定位点。而如果直接采用小型目标的检测方法来识别定位特征部位，则因为复杂背景中存在大量的跟该导航定位特征点相似的区域，造成图像中出现大量的相似区域，不能精确定位到指定的地标点。因此，传统的匹配方法不能达到飞行器可靠导航定位要求。 

复杂背景中的小型目标在整个背景中占的比例很小，相对于整个背景来说其特征显著性较弱。采用传统的全图检测或是全图匹配来检测定位复杂背景中的小型地标，由于复杂背景中存在大量的相似模式，会导致捕获定位的这正确率低，不能达到飞行器导航可靠准确定位要求。 

发明内容

本发明提供了一种小型地标捕获定位方法，精确捕获定位复杂地面场景中的小型目标，从而准确实施对飞行器实时导航制导位置修正。