具體實施例中，用戶先在大視場下手動給將平臺框架加矩，調(diào)整光電載荷攝像設備所指向的角度，使其指向需要觀瞄的區(qū)域，用戶端通過向外部通訊單元發(fā)送自動掃瞄指令，以確定當前采集的圖像作為預偵察區(qū)域，圖像信號處理器將此時通過光電載荷采集到的圖像IMG_BASE進行緩存，緩存完畢后，確定圖像IMG_BASE中的擺掃軌跡，如圖2中的蛇形路徑所示，沿著蛇形路徑進行自動掃瞄可以在小視場下實現(xiàn)對整個圖像IMG_BASE下偵察區(qū)域的遍歷掃瞄。
[0042]在光電載荷的小視場下，平臺框架在開始自動擺掃的初始位置下攝取圖像，其中心處于MG_BASE中的擺掃路徑上，初始位置可以在擺掃路徑的任一位置上，一般為圖像IMG_BASE的邊界附近，如圖2中的左上角或者右下角。平臺控制單元在控制平臺穩(wěn)定框架轉動到該起始位置后，會將平臺穩(wěn)定框架是否轉動到位的信息反饋至圖像信號處理單元，圖像信號處理單元將實時接收到的圖像MG_N與圖像MG_BASE進行匹配。
[0043]本發(fā)明中采用一種基于圖像局部特征的SURF描述算子，因其對圖像局部特征的描述在尺度、旋轉、對比度方面都有很好的不變性，因此在圖像匹配領域有廣泛的應用。
[0044]本發(fā)明中利用SURF描述算子做大小視場圖像的匹配方法為:
[0045]一、對大小視場圖像做中值濾波預處理；
[0046]二、利用SURF描述算子分別提取濾波后的圖像局部特征向量；
[0047]三、基于仿射坐標變換模型下利用RANSAC算法對該圖像對做運動估計，求取仿射變換參數(shù)；
[0048]四、按照仿射變換參數(shù)求出小視場圖像IMG_N在大視場圖像IMG_BASE中的對應位置，偏離圖像原點的水平像素偏移量X(N)和垂直像素偏移量Y(N)，其中N為光電載荷在小視場下開始自動掃描后的采集圖像幀序號，偏移基準參考大視場圖像MG_BASE的左上角為原點。
[0049]當前圖像IMG_N的中心偏離圖像IMG_BASE掃瞄路徑采樣點處的像素偏移量的確定方法為:
[0050]一、計算大視場與小視場的角度倍數(shù)關系A ;
[0051 ] 二、自動擺掃時，相鄰兩幀圖像在水平方向的圖像數(shù)據(jù)重復度K( 一般為50%以上，否則會影響采用幀差法做動目標檢測的效果)；垂直方向的數(shù)據(jù)重復度為Ρ(因本實施例中采用水平方向的蛇形擺掃路徑，P可以設為O)。
[0052]三、光電載荷的水平分辨率為MX,垂直分辨率為ΜΥ，圖像幀頻為F ；
[0053]四、沿著擺掃路徑做一次完整的擺掃，其時間設為Τ，則
[0054]T = (A* (A-K) /(1-K))/F ；
[0055]其中，A表示光電載荷大視場和小視場的倍數(shù)；
[0056]五、上述匹配方法算得第N幀時小視場圖像MG_N與大視場圖像MG_BASE匹配偏移結果為水平X (N)像素，垂直Y (N)像素；
[0057]六、自動擺掃到第N幀時，圖像IMG_BASE中掃瞄路徑采樣點處的像素位置為:
[0058]SY (N) = MY* (I/(2*A) +N/ (A* (A-K) /(1-K)))；
[0059]且若N/ ((A-K) / (1-K))為偶數(shù)則
[0060]SX(N) = MX*(1/(2*A) + (N% ((A-K)/(1-K))-(N% ((A-K)/(1_K))-1)*K)/A)；[0061 ]若 N/ ((A-K) / (1-K))為奇數(shù)則
[0062]SX (N) = MX- (MX* (I/(2*A) + (N% ((A-K) /(1-K))-
[0063](N% ((A-K)/(1-K))-1) *K)/A))；
[0064]七、當前圖像MG_N的中心偏離圖像MG_BASE掃瞄路徑采樣點處的像素偏移量為DX (N) = X (N) -SX (N)，DY (N) = Y (N) -SY (N)。
[0065]將上述計算得出的偏移量DX和DY發(fā)送給平臺控制單元，平臺控制單元通過DX和DY進行角度補償控制，使得平臺穩(wěn)定框架沿著自動擺掃路徑進行自動擺掃，其中N在每幀采集時依次累加，隨著擺掃的進行，當X(N)與Y(N)超出大視場圖像IMG_BASE的右下角邊界即X(N) >MX且Y(N) >MY時，N則在每幀采集時依次減少，則平臺框架將按照與圖2中擺掃方向相反的方向進行擺掃；當X(N)與Y(N)超出大視場圖像MG_BASE的左上角邊界即X(N)〈O且Y(N)〈O時，N則在每幀采集時依次累加，則平臺框架將按照與圖2中擺掃方向相同的方向再次進行擺掃，依此往復，從而實現(xiàn)長時間自動循環(huán)擺掃。
[0066]本發(fā)明中為了實現(xiàn)對運動目標的自動識別，圖像信號處理單元提取光電載荷實時采集到的當前幀圖像IMG_N和前一幀圖像IMG_N-1間的局部特征向量，并將兩幀圖像中提取的局部特征向量對進行配對。本發(fā)明中采用SURF特征描述算子進行匹配的步驟如下:
[0067]1、對相鄰兩幀圖像做中值濾波預處理；
[0068]2、利用SURF描述算子分別提取濾波后該圖像對的局部特征向量；
[0069]3、基于仿射模型下利用RANSAC算法對該圖像對做運動估計，求取仿射變換參數(shù)；
[0070]4、根據(jù)仿射變換的結果，對該相鄰圖像對做運動補償，并對補償前后的圖像做差分運算；
[0071]5、通過對差分運算后圖像的開運算和相鄰像素區(qū)域聚類，做運動區(qū)域檢測，提取動目標并做出標識。
[0072]按照上述步驟，圖像信號處理單元通過外部通訊單元將檢測出的動目標信息發(fā)送至用戶端，供其判讀。
[0073]本發(fā)明通過光電載荷在大小視場下的圖像配準關系進行自動掃瞄的路徑規(guī)劃和自動掃瞄控制，完成對預設觀測區(qū)域圖像的自動遍歷掃瞄；在自動掃瞄時，對相鄰圖像序列進行圖像匹配，通過匹配關系做運動補償，并做幀間差分運算，檢測出動目標，實現(xiàn)了圖像中運動目標的實時自動識別，提高了偵察準確性和效率。根據(jù)當前技術的不足，該方法可以廣泛應用于地面?zhèn)刹?、?zhàn)場監(jiān)控、防暴反恐等領域。
[0074]本發(fā)明未公開的部分為本技術領域的公知常識。
【主權項】
1.一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，其特征在于包括:夕卜部通訊單元(1)、圖像信號處理單元(2)、平臺控制單元(3)、平臺穩(wěn)定框架(4)、光電載荷(5)； 外部通訊單元(I)將接收到的外部發(fā)送的自動掃瞄指令轉發(fā)至圖像信號處理單元(2)； 圖像信號處理單元(2)根據(jù)外部通訊單元(I)的自動掃瞄指令，向平臺控制單元(3)發(fā)送平臺轉動指令，用于控制平臺穩(wěn)定框架(4)的轉動；同時圖像信號處理單元(2)向光電載荷(5)發(fā)送圖像采集指令，光電載荷(5)根據(jù)圖像采集指令在光電載荷(5)的最大視場下采集圖像MG_BASE，并發(fā)送至圖像信號處理單元(2)進行緩存；圖像信號處理單元(2)緩存完畢后，確定圖像IMG_BASE中的自動掃瞄路徑，并向平臺控制單元(3)發(fā)送平臺穩(wěn)定框架轉動指令，平臺控制單元(3)根據(jù)平臺穩(wěn)定框架轉動指令控制平臺穩(wěn)定框架轉動到自動掃瞄的起始位置后，開始沿自動掃描路徑轉動，同時圖像信號處理單元(2)向光電載荷(5)發(fā)送視場調(diào)整指令，光電載荷(5)將視場調(diào)整為光電載荷的最小視場，隨著平臺穩(wěn)定框架的轉動進行實時采集圖像MG_N ;光電載荷(5)將實時采集到的圖像IMG_N發(fā)送至圖像信號處理單元⑵；圖像信號處理單元⑵將實時接收到圖像頂G_N與圖像MG_BASE進行匹配，計算當前圖像IMG_N的中心偏離圖像IMG_BASE中掃瞄路徑采樣點處的像素偏移量，并將該偏移量發(fā)送給平臺控制單元(3)，平臺控制單元(3)控制平臺穩(wěn)定框架(4)進行轉動，對該偏移量進行補償，從而實現(xiàn)小視場下的自動擺掃觀瞄。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，其特征還在于:所述圖像信號處理單元(2)提取光電載荷實時采集到的當前幀MG_N和前一幀圖像IMG_N-1間的局部特征向量，并將兩幀圖像中提取的局部特征向量對進行匹配；所述圖像信號處理單元(2)，根據(jù)匹配的結果，對相鄰圖像間做運動補償，并對補償前后的圖像做差分運算；所述圖像信號處理單元(2)，對差分運算后的圖像做運動區(qū)域檢測，并利用檢測出的結果對動目標做出標識；所述圖像信號處理單元(2)，通過外部通訊單元(I)將檢測出的動目標信息，發(fā)送至用戶端供其判讀。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，其特征還在于:所述自動掃瞄路徑的確定方式如下: (1)根據(jù)光電載荷的最大和最小視場的倍數(shù)關系，將圖像IMG_BASE分為若干區(qū)域，確定圖像MG_BASE中的自動掃瞄路徑，所述的自動掃描路徑能夠遍歷掃描所有MG_BASE分為的若干區(qū)域； (2)自動掃瞄的起始位置為圖像IMG_BASE的自動掃瞄路徑中的任意位置； (3)光電載荷從掃瞄的起始位置開始，沿預定的軌跡掃瞄可以遍歷圖像IMG_BASE中的所有區(qū)域，并能實時的完成循環(huán)往復掃瞄。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，其特征還在于:所述平臺穩(wěn)定框架(4)自動目標檢測的特征如下: (1)平臺穩(wěn)定框架(4)根據(jù)擺掃路徑做自動掃瞄的同時，做動目標的自動實時檢測； (2)動目標自動檢測的結果可以是多個動目標。
【專利摘要】本發(fā)明一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，通過光電載荷在大小視場下的圖像配準關系進行自動掃瞄的路徑規(guī)劃和自動掃瞄控制，完成對預設觀測區(qū)域圖像的自動遍歷掃瞄；在自動掃瞄時，對相鄰圖像序列進行圖像匹配，通過匹配關系做運動補償，并做幀間差分運算，檢測出動目標，實現(xiàn)了圖像中運動目標的實時自動識別，提高了偵察準確性和效率。
【IPC分類】G06T7-00, G01C11-00
【公開號】CN104567815
【申請?zhí)枴緾N201410833820
【發(fā)明人】盧磊, 陳浩, 丁祝順
【申請人】北京航天控制儀器研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日