一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法技術

本發明專利技術公開了一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，屬于計算機圖像處理的技術領域。本發明專利技術利用數學形態學方法快速剔除錐套圖像中內部黑色圓形加油口周邊的傘骨、軟管等干擾，而后通過輪廓提取、遮擋區域重合度判斷與剔除、近圓形狀條件判斷等獲得錐套內部加油口所在的圖像區域，計算過程簡單，可快速檢測定位受油插頭遮擋情況下的錐套圖像位置和區域。

【技術實現步驟摘要】
一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法
本專利技術公開了一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，屬于計算機圖像處理的

技術介紹
現有的大多數自主空中加油視覺導航方法常采用特殊的光學標記安裝在加油錐套上，包括LED光標、人工特殊顏色標記等。如美國自主空中加油項目(AAR)中就使用了一套VisNav系統，該VisNav系統就需要在加油錐套上安裝多個LED光標，而后利用半導體位置探測器PSD進行圖像定位(見董新民，徐躍鑒，陳博，《自動空中加油技術研究進展與關鍵問題》，《空軍工程大學學報(自然科學版)》，2008(12)，9(6)：1-5)。另外，國內空軍工程大學的王旭峰等建立了自主空中加油的一個視覺相對導航半物理地面試驗平臺，并在加油錐套斷面區域加裝了紅色標識環帶，以增強特征區域與背景圖像的對比度，從而可通過色彩識別獲得圖像定位信息(見王旭峰，董新民，孔星煒，《機器視覺輔助的插頭錐套式無人機自主空中加油仿真》，《科學技術與工程》，2013(6)，13(18)：5245-5250)。上述這些方法要求加油錐套安裝額外的光學標記，特別是需要供電的LED光標提高了空中加油操作的風險。因此一種不依靠額外標記、僅利用加油錐套本身特征的AAR視覺方法就具有更好的通用性、便利性和安全性。通過對加油錐套形狀特征的分析，可知其內部加油口為圓形的，半徑約為13cm，成像后在圖像中呈現明顯的黑色圓塊或近圓形橢圓塊，因此利用這一明顯的自身形狀特征可降低圖像定位處理的計算量。隨著無人機的發展，自主空中加油的需求也就越來越迫切，而不依靠額外光學標記的自主空中加油視覺導航方法具有較高的通用性和便利性，特別是基于加油錐套內部圓形加油口的計算機視覺方法特征明顯，圖像處理速度快，而往往攝像頭是安裝在受油插頭側后方，受油插頭作為圖像前景物體會對加油錐套形成遮擋，解決受油插頭遮擋干擾下的加油錐套圖像檢測定位是自主空中加油視覺導航的關鍵，本方案即是基于前述思路而產生的。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是在于克服現有自主空中加油方法中需要安裝額外光學標記的不足、額外的帶電裝置帶來更高的空中加油危險性等，從僅依賴加油錐套自身特征、解決視覺導航中受油插頭圖像遮擋問題的角度出發，提供了一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，該方法利用數學形態學方法快速剔除錐套圖像中內部黑色圓形加油口周邊的傘骨、軟管等干擾，而后通過輪廓提取、遮擋區域重合度判斷與剔除、近圓形狀條件判斷等獲得錐套內部加油口所在的圖像區域。本專利技術為實現上述專利技術目的采用如下技術方案：一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，包括如下步驟：A、對受油插頭遮擋的掩模圖像進行反向二值化處理，對反向二值化處理后的掩模圖像進行數學形態學閉操作得到第一二值掩模圖像，對第一二值掩模圖像進行數學形態學腐蝕操作得到第二二值掩模圖像；B、對待檢測的錐套灰度圖像進行反向二值化處理；C、對反向二值化處理后的待檢測錐套灰度圖像和受油插頭遮擋的掩模圖像進行或運算，對或運算獲取的二值圖像進行數學形態學開操作以獲取二值圖像；D、對步驟C獲取的二值圖像進行輪廓提取獲得外圍輪廓，各外圍輪廓上點的集合構成外圍輪廓邊緣點集；E、對各輪廓圍成的面積降序排列，篩選出小于輪廓面積閾值的外圍輪廓，將篩選出的外圍輪廓上點的集合從外圍輪廓邊緣點集中剔除；F、對篩選留下的外圍輪廓進行遮擋掩模重合度的判斷，不重合時進入步驟F1，重合時進入步驟F2，F1、對外圍輪廓直接進行包括區域范圍條件約束、圓形度條件約束、最小二乘橢圓擬合條件約束的近圓目標檢測，保留滿足近圓目標檢測要求的目標輪廓，F2、對外圍輪廓進行遮擋近圓目標檢測，保留滿足遮擋近圓目標檢測要求的目標輪廓：首先剔除外圍輪廓中的遮擋干擾，然后對剔除遮擋干擾后的外圍輪廓進行包括區域范圍條件約束、最小二乘橢圓擬合條件約束的近圓目標檢測；G、記錄各候選目標輪廓的橢圓擬合參數并計算各擬合橢圓的對數圓形度，選擇對數圓形度最大的候選目標輪廓作為錐套內部加油口的最終圖像定位結果。作為所述一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法的進一步優化方案，步驟B采用表達式：對待檢測的錐套灰度圖像進行反向二值化處理，其中，(x,y)表示圖像像素坐標，B0(x,y)表示反向二值化處理后的待檢測錐套灰度圖像在(x,y)位置的像素灰度值，Dorigin(x,y)表示待檢測錐套灰度圖像在(x,y)位置的像素灰度值，T1表示反向二值化處理待檢測錐套灰度圖像的閾值。進一步的，所述一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，步驟F中對篩選留下的外圍輪廓進行遮擋掩模重合度的判斷，具體方法為：對提取的當前外圍輪廓區域二值圖像和反向二值化處理后的掩模圖像做與運算以提取感興趣的子圖像，統計所述子圖像中遮擋掩模區域像素值相同的像素個數：在統計的像素個數超過設定閾值時，判定當前外圍輪廓區域與遮擋掩模區域重合，在統計的像素個數小于或等于設定閾值時，判定當前外圍輪廓區域與遮擋掩模區域不重合。再進一步的，所述一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，步驟F2中剔除外圍輪廓中的遮擋干擾，具體方法為：對提取的外圍輪廓區域二值圖像和第一二值掩模圖像做與運算，對與運算后的圖像進行數學形態學開操作，提取開操作后二值圖像的輪廓以獲取當前外圍輪廓的點集，剔除掉當前外圍輪廓點集中與第二二值掩模圖像重合的點。更進一步的，所述一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法的步驟F2中，所述區域范圍條件為：(xd>T3)&(yd>T3)&(yd>T41·xd)&(xd>T41·yd)，所述最小二乘橢圓擬合條件為：{2a>T3}&{2b>T3}&{a>T41·b}&{b>T41·a}且其中，(xk1,yk1)、(xk2,yk2)、……、分別為第k個候選目標輪廓上第1、第2、……、第nk個點的像素坐標，T3為區域范圍閾值，T41為區域比例閾值，&表示邏輯與操作，(a,b)為擬合橢圓的長短半軸，為集合的平均值和標準差，T6為擬合誤差均值閾值，T7為擬合誤差標準差閾值，(xc,yc)為擬合橢圓的中心點坐標，θ為擬合橢圓的旋轉角度。作為所述一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法的再進一步優化方案，步驟G中計算擬合橢圓對數圓形度f(a,b)的表達式為：本專利技術采用上述技術方案，具有以下有益效果：(1)不需要在加油錐套上額外安裝光學標記，僅利用加油錐套自身特征，具有更好的通用性、便利性和安全性；(2)本方法針對受油插頭遮擋情況下的加油錐套圖像檢測，采用二值化后輪廓提取的方法快速確定待檢測目標區域，對與遮擋掩模區域重合的輪廓采用掩模剔除的方式消除受油插頭遮擋帶來的圖像干擾，最終通過輪廓形狀判斷是否為目標所在輪廓，該方法思路清晰，計算過程簡單，可快速檢測定位受油插頭遮擋情況下的錐套圖像位置和區域。附圖說明圖1為本專利技術方法的計算流程圖；圖2為采集的原始錐套彩色圖像；圖3為反向受油插頭遮擋掩模圖像；圖4為錐套二值化圖像與掩模圖像或操作后的二值圖像；圖5為形態學開操作后的錐套二值圖像；圖6為剔除小面積輪廓后的輪廓提取結果；圖7為與本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，其特征在于，包括如下步驟：A、對受油插頭遮擋的掩模圖像進行反向二值化處理，對反向二值化處理后的掩模圖像進行數學形態學閉操作得到第一二值掩模圖像，對第一二值掩模圖像進行數學動態學腐蝕操作得到第二二值掩模圖像；B、對待檢測的錐套灰度圖像進行反向二值化處理；C、對反向二值化處理后的待檢測錐套灰度圖像和受油插頭遮擋的掩模圖像進行或運算，對或運算獲取的二值圖像進行數學形態學開操作以獲取二值圖像；D、對步驟C獲取的二值圖像進行輪廓提取獲得外圍輪廓，各外圍輪廓上點的集合構成外圍輪廓邊緣點集；E、對各輪廓圍成的面積降序排列，篩選出小于輪廓面積閾值的外圍輪廓，將篩選出的外圍輪廓上點的集合從外圍輪廓邊緣點集中剔除；F、對篩選留下的外圍輪廓進行遮擋掩模重合度的判斷，不重合時進入步驟F1，重合時進入步驟F2，F1、對外圍輪廓直接進行包括區域范圍條件約束、圓形度條件約束、最小二乘橢圓擬合條件約束的近圓目標檢測，保留滿足近圓目標檢測要求的目標輪廓，F2、對外圍輪廓進行遮擋近圓目標檢測，保留滿足遮擋近圓目標檢測要求的目標輪廓：首先剔除外圍輪廓中的遮擋干擾，然后對剔除遮擋干擾后的外圍輪廓進行包括區域范圍條件約束、最小二乘橢圓擬合條件約束的近圓目標檢測；G、記錄各候選目標輪廓的橢圓擬合參數并計算各擬合橢圓的對數圓形度，選擇對數圓形度最大的候選目標輪廓作為錐套內部加油口的最終圖像定位結果。...

【技術特征摘要】
1.一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，其特征在于，包括如下步驟：A、對受油插頭遮擋的掩模圖像進行反向二值化處理，對反向二值化處理后的掩模圖像進行數學形態學閉操作得到第一二值掩模圖像，對第一二值掩模圖像進行數學形態學腐蝕操作得到第二二值掩模圖像；B、對待檢測的錐套灰度圖像進行反向二值化處理；C、對反向二值化處理后的待檢測錐套灰度圖像和受油插頭遮擋的掩模圖像進行或運算，對或運算獲取的二值圖像進行數學形態學開操作以獲取二值圖像；D、對步驟C獲取的二值圖像進行輪廓提取獲得外圍輪廓，各外圍輪廓上點的集合構成外圍輪廓邊緣點集；E、對各輪廓圍成的面積降序排列，篩選出小于輪廓面積閾值的外圍輪廓，將篩選出的外圍輪廓上點的集合從外圍輪廓邊緣點集中剔除；F、對篩選留下的外圍輪廓進行遮擋掩模重合度的判斷，不重合時進入步驟F1，重合時進入步驟F2，F1、對外圍輪廓直接進行包括區域范圍條件約束、圓形度條件約束、最小二乘橢圓擬合條件約束的近圓目標檢測，保留滿足近圓目標檢測要求的目標輪廓，F2、對外圍輪廓進行遮擋近圓目標檢測，保留滿足遮擋近圓目標檢測要求的目標輪廓：首先剔除外圍輪廓中的遮擋干擾，然后對剔除遮擋干擾后的外圍輪廓進行包括區域范圍條件約束、最小二乘橢圓擬合條件約束的近圓目標檢測；G、記錄各候選目標輪廓的橢圓擬合參數并計算各擬合橢圓的對數圓形度，選擇對數圓形度最大的候選目標輪廓作為錐套內部加油口的最終圖像定位結果。2.根據權利要求1所述一種受油插頭遮擋的空中加油錐套圖像檢測定位方法，其特征在于，步驟B采用表達式：對待檢測的錐套灰度圖像進行反向二值化處理，其中，(x,y)表示圖像像素坐標，B0(x,y)表示反向二值化處理后的待檢測錐套灰度圖像在(x,y)位置的像素灰度值，Dorigin(x,y)表示待檢測錐套灰度圖像在(x,y)位置的像素灰度值，T1表示反向二值化處理待檢測錐套灰度圖像的閾值。...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫永榮，黃斌，孫旭東，劉建業，朱云峰，王勇，單堯，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32