[发明专利]基于空中三维定位的线型目标落点定位方法

说明书

本发明是基于空中三维定位的线型目标落点定位方法。适用于基于双站成像观测的线型目标落点定位系统，可避免因目标落地爆炸使落地像素点定位不准而引入的测量误差。它首先进行图像TopHat变换、背景抑制、滤波增强；然后进行图像阈值分割，并剔除线型特性较弱的连通区域；采用Hough算法检测图像中疑似线型目标，进行轨迹关联，对符合目标运动特性的轨迹进行跟踪，定位到目标落地帧，输出落地前图像中线型目标的起止像素点的方位角、俯仰角；最后基于双站测向交会模型，对落地前的目标进行空中三维定位，建立其三维空间直线方程；最后根据靶标GPS信息，预测目标落点位置，实现目标落点三维定位。

技术领域

本发明涉及光电测量技术领域，是一种基于空中三维定位的线型目标落点定位方法。

背景技术

空中线型目标落点位置信息的获取，在很多应用场景中都具有重要意义，尤其对军事训练而言。以对地打靶为例，载机平台搭载炸弹发射装置，按照训练计划进行飞行训练，依据军事学习理论及作战策略，在空人员选择合适的位置，对准地面靶标发射炸弹，炸弹在空中快速飞行，最后在地球引力的作用下落至靶场地面上。此时，采用各种技术手段获取炸弹落点位置、进行报靶，成为评估训练中作战方法、作战策略的有效途径。通过报靶、评估，为打靶训练提供量化指标，可帮助作战人员及时进行相应调整，以优化训练效果，节省训练成本。

基于成像观测系统获取空中投掷目标落点位置，最直观、最直接的传统实现方法是，首先采用图像算法在目标落地后的观测图像中，检测目标落点像素位置；然后基于多个测站目标落点像素位置，采用测向交会等数学模型，推导目标落点的三维空间位置。

然而，对于机载炸弹对地打靶等军事训练应用而言，炸弹目标落地后发生爆炸，这将导致基于上述传统方法无法在左右两站图像中较精确地定位落地目标的像素位置，以此估算出目标落点的三维空间位置会存在很大误差。

发明内容

本发明为解决现有存在的问题，提供了一种基于空中三维定位的线型目标落点定位方法，本发明提供了以下技术方案：

一种基于空中三维定位的线型目标落点定位方法，包括以下步骤：

步骤一：基于测站S1和测站S2采集的场景图像，采用多帧累积平均的背景建模法，对场景图像的背景分量进行动态估计，建立背景图像模型；

步骤二：对测站S1和S2采集的场景图像和动态背景图像进行形态学TopHat变换，增强背景图像中弱小线型空中目标，采用背景差法进行背景抑制，提高图像信杂比；

步骤三：考虑目标的线型几何特征，采用中值滤波与双边滤波方法进行组合滤波，滤除图像噪声；

步骤四：采用阈值分割法，对图像进行二值化，计算二值化图像连通区域的椭圆偏心率特征E，根据连通区域的椭圆偏心率特征E的阈值判断，剔除线型特征较弱的连通区域，留下线型特征较强的连通区域；

步骤五：采用Hough检测算法，检测二值图像中疑似线型目标；

步骤六：轨迹关联通过轨迹匹配、轨迹更新、轨迹预测和轨迹检测，剔除不满足目标运动特性的虚假线型目标，并跟踪目标轨迹；

步骤七：采用双站测向交会法，对落地前一帧中线型目标的起止像素点P1、P2分别进行三维空间定位，对落地前一帧图像中空中线型目标的三维空间定位。

优选地，所述步骤一具体为：

第一步：背景图像初始化，以测站S1和S2采集相机开机后采集到的第一帧图像对背景图像进行初始化，通过下式表达：

BImg＝Img (1)

其中，Img表示相机采集的场景图像，BImg表示背景图像；

第二步：采用多帧累积平均背景建模法，建立背景图像动态模型，基于当前新采集的图像帧，对背景图像迭代更新，通过下式表达：