[发明专利]一种多尺度景象匹配区的选取方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器组合导航中的景象匹配技术领域，具体的说是一种多尺度景象匹配区的选取方法。

背景技术

景象匹配是在航天技术、卫星应用技术、传感器技术、计算机技术、图像处理及模式识别的基础上发展起来的一门新技术，它在飞机辅助导航、远程武器或精确制导武器系统如巡航导弹的末制导、图像目标的搜索与跟踪等军事领域具有重要的应用价值。在巡航导弹景象匹配末制导中，基准图像是导弹预定飞行航线末制导阶段的数字地图信息，它来源于卫星照片或航空照片；实时图像则是当导弹飞经目标区时，由机载传感器实时获取正下方地面的景象特征。基准图的质量是决定景象匹配精度的重要因素之一。景象匹配是指将一个图像区域从不同传感器在不同时间、从不同视角摄取的相应景象区域中确定出来或找到它们之间对应关系的一种重要的图像分析技术，是一种依靠图像匹配技术对飞行器进行精确定位的辅助导航技术，由于其具有与航程无关、末制导精度极高、自主性强等优势，在飞行器组合导航中有着广泛的应用。景像匹配区选取技术就是按照一定的要求或准则在预定飞行航迹上选取信息量大、特征明显、适配性好的区域作为匹配区。景像匹配导航系统分为空中实时匹配系统和地面支撑系统。地面支撑系统是基础，主要完成景像匹配基准图的制备、航迹规划和景像匹配区的选取，其中景像匹配区选取不仅是景像匹配系统关键技术之一，也是整个匹配系统启动的先决条件，因此，匹配区选取的好坏直接影响着整个匹配系统的成败。

目前，景象匹配区主要靠人工选取，然而人工选取匹配区速度慢，工作量大，特别是人工选取匹配区易受操作人的素质、经验等因素的限制，通常难以找出客观的、令人满意的匹配区。近年来，国内外学者围绕这个问题进行了研究，如秦琴，宋绍京，冯荣达.基于TAPF算法的匹配区选择方法研究.半导体光电，2010,31(4):614-647，通过对图像统计特征指标的研究，提出了匹配区的选取准则，采用方差、边缘密度、边缘连续性和分形维四个指标选取匹配的图像块，其中，边缘连续性度量了图像边缘的连续性和完整性，边缘连续性值的取值范围为介于0-1之间，越接近0则表示图像所包括的边缘少且不完整，越接近1则表示图像所包含的边缘多且完整，试验时分别选取沙漠地带图像、居民区图像和海面图像，计算各图像的边缘连续性值，分别为0.0979、0.0622和0.0053，发现用边缘连续性值衡量匹配区的稳定性时效果较差；张晓晨,付梦印.基于信息熵的景象匹配区选取方法.系统工程与电子技,2011,33(5):1089-1093，提出一种基于信息熵的景象匹配区选取方法，根据基准图的适配性要求，分别以改进的图像信息熵、灰度熵和归一化平均互信息作为特征指标，采取分层选取策略选取基准图；杨小冈,曹菲等.景像匹配仿真中基准图的制备方法研究.系统仿真学报,2010,22(4):850-852，针对实时图像和基准图像是异源的情况下，提出了一种基于图像边缘相似性特征的景象匹配区粗选加精选的选取准则。还有国内外一些学者展开了初步的探索研究，提出运用景象子区相似性、灰度方差、相关长度、互相关峰特征、纹理能量比、信息熵和多分辨率自相似测度等图像描述特征参数来选取景象匹配区，但是，上述的探索研究大多选取一个或几个图像描述参数来分析匹配区选取问题，有的没有给出定量的指标，有的没有综合考虑匹配区选取的全过程，有的仅仅考虑在某一尺度上的匹配性能，所以导致了在某一尺度的景象上能很好地匹配，而在其它尺度景象上的选取就不能满足要求，从而导致景象匹配区选择准则适应性差，抗干扰性不强。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中选取匹配区时仅仅考虑某一尺度上的匹配性能，甚至没有定量的匹配指标，致使所选取的匹配区适配性差、鲁棒性差等问题，提供一种多尺度景象匹配区的选取方法。

本发明为解决上述问题所采取的方案为：一种多尺度景象匹配区的选取方法，分别获取同一景象区域的多幅具有不同比例尺的基准图像，飞行器飞行过程中机上成像传感器获取正下方地面的实时图像，然后在获取的基准图像中依次截取与需要匹配的实时图像大小相等的基准子图，并判断截取的基准子图是否满足指标要求，若获取的不同比例尺的基准图像中所截取的满足指标要求的基准子图均对应同一区域，则该区域即为景象匹配区；其中，判断基准图像中截取的基准子图是否满足指标要求的步骤如下：

（1）在获取的基准图像中截取一幅与需要匹配的实时图像大小相等的基准子图；

（2）计算截取的基准子图的标准差，若标准差≥25，则进行下一步骤，否则返回步骤（1）截取下一幅基准子图；