[发明专利]一种无人机全天候着舰合作目标鲁棒检测及匹配方法

说明书

本发明公开了一种无人机全天候着舰合作目标鲁棒检测及匹配方法，包括步骤：一、合作目标图像获取：采用图像采集设备获取着舰区域的图像，所获取图像中包含热红外着舰合作目标的图像，热红外着舰合作目标由五个布设在同一平面上且呈十字状布设的加热电炉组成；二、合作目标图像处理，过程如下：201、图像预处理；202、基于显著性区域的图像分割；203、轮廓信息提取；204、热红外合作目标检测及匹配，包括步骤：距离约束、形状约束和位置约束。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、检测精度高、使用效果好，能实现对复杂环境下、远距离且全天候引导无人机着舰使用的合作目标进行精确、鲁棒检测及快速匹配。

技术领域

本发明属于视觉导航技术领域，尤其是涉及一种无人机全天候着舰合作目标鲁棒检测及匹配方法。

背景技术

视觉相对导航以其自主性强、无源、引导精度高等优点，使得基于视觉引导无人机着舰技术成为国内外一个重要研究领域。目前从事该领域研究工作的机构有国外的雷恩一大、美国海军研究所院以及卡内基梅隆大学等，国内的主要研究机构有北航、南航、西工大以及清华大学等。在利用视觉进行着舰相对导航时，一个最重要部分就是合作目标的设计及其合作目标检测算法。

目前，国内外研究机构所设计的着舰合作目标类型主要包括由黑色和白色组成的合作目标、由多种颜色组成的彩色合作目标、近红外合作目标以及热红外合作目标四种类型的合作目标。由黑色和白色组成的合作目标以及彩色合作目标主要适用于能见度较好且距离合作目标较近的情况，对于能见度较差如夜间、阴雨天以及距离合作目标较远的情况下则无法使用。近红外着舰合作目标虽然可以在夜间实现对无人机的引导，但是它检测距离有限，而且抗环境干扰能力不强。而由热红外源组成的合作目标可以实现对舰载无人机全天候、远距离的引导，但是目前所设计的热红外合作目标都采用一种固定的形状(如H形或T形)，当无人机距离该热红外合作目标较远时，由于热红外图像对比度低，分辨细节能力较差，使得该合作目标特征信息(如角点)难以准确提取及匹配。因而，在目前的研究成果中尚未发现满足复杂环境下、远距离、全天候引导无人机着舰使用的合作目标及相应的实时性好、检测精度高的检测方法；并且，在准确检测出合作目标后，如何准确将图像中检测出的合作目标特征点与事先标定好的合作目标特征点有效匹配也是一个关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无人机全天候着舰合作目标鲁棒检测及匹配方法，其方法步骤简单、设计合理且实现方便、检测精度高、使用效果好，能实现对复杂环境下、远距离且全天候引导无人机着舰使用的合作目标进行精确、鲁棒检测及快速匹配。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无人机全天候着舰合作目标鲁棒检测及匹配方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、合作目标图像获取：采用图像采集设备且按照预先设计的采样频率，获取着舰区域的图像，并将所获取图像同步传送至处理器进行处理；所获取图像中包含热红外着舰合作目标的图像；所述图像采集设备与所述处理器相接；

所述热红外着舰合作目标由五个布设在同一平面上的加热电炉组成，五个所述加热电炉的结构、尺寸和加热功率均相同；五个所述加热电炉均包括电炉盘和布设在电炉盘上的红外线加热元件，所述电炉盘为圆形或正多边形；五个所述加热电炉分别为第一电炉以及分别布设于第一电炉正上方、正下方、左侧和右侧的第二电炉、第三电炉、第四电炉和第五电炉；所述第一电炉、第四电炉和第五电炉均布设在同一直线L1上，所述第一电炉、第二电炉和第三电炉均布设在同一直线L2上，所述直线L1与直线L2呈垂直布设；所述第三电炉、第四电炉和第五电炉与第一电炉之间的间距均为d，所述第二电炉与第一电炉之间的间距为(1.5～3)×d，其中d＝0.8m～1.2m；

步骤二、合作目标图像处理：采用所述处理器，同步对步骤一中各采样时刻所获取的图像分别进行处理，各采样时刻所获取图像的处理方法均相同；对任一个采样时刻所获取的图像进行处理时，过程如下：