[发明专利]一种基于极坐标变换的圆形目标中心定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于极坐标变换的圆形目标中心定位方法及系统，通过目标检测方法提取包含圆形目标的矩形区域，再进行极坐标变换，对极坐标变换后的图像进行大津阈值分割及形态学处理，提取原图中圆形目标边缘的展开曲线；找出展开曲线的峰值和谷值，根据峰值与谷值计算当前展开中心与实际圆心的误差，进而得到新的展开中心；以新的展开中心重复前述步骤进行迭代，并设置阈值，当展开曲线的峰值与谷值之间差值小于或等于该阈值时，迭代截止。本发明从圆形内部出发，对于圆外周存在丰富边缘特征的物体具有极好的应用效果，并且通过对展开曲线进行局部极值抑制，可以有效地去除圆形周围的离散噪点，提高圆形中心定位的精度。

技术领域

本发明涉及一种图像目标定位方法及系统，特别是涉及一种基于极坐标变换的圆形目标中心定位方法及系统。

背景技术

圆形是一种几何特征明显、易于识别的形状，相比其他形状具有识别率高、噪声抑制性强等优点，在光学测量与视觉导航中，圆形目标的检测与定位有着广泛的应用，如何精确快速地求解圆形中心是计算机视觉中的重要问题。

传统的圆形目标中心定位方法，主要包括质心法、边缘拟合法、高斯曲面法等。质心法是利用目标区域的灰度分布信息，将质心坐标作为圆心，它适用于目标成像区域灰度分布均匀的情况，缺点在于易受噪声干扰。边缘拟合方法需要利用图像的边缘信息，基于一定的准则对边缘进行圆拟合，从而得到圆心坐标，常见的有最小二乘圆拟合方法等方法，准确地从图像中提取边缘信息是边缘拟合法的前提条件，而有些物体圆形轮廓周围存在丰富边缘特征，例如加油锥套内圆的外围存在大量伞骨构成的边缘特征，这时圆边缘的提取不再简单，圆拟合所用的采样点也难以精确找到。高斯曲面法是基于相机接收到的光强分布服从高斯分布，故采集得到的图像的灰度分布是一个高斯曲面，通过最小二乘法求取高斯曲面函数的参数，就可以获得目标的中心坐标，该方法的缺点在于计算量较大。

软管式自主空中加油可以大幅度提升无人机的续航能力，它是加油机与受油机通过编队配合，由受油机自主定位前方加油机上锥套相对自身的位置，并通过精准的控制实现受油机与加油锥套的精准对接的过程，其中受油机能够自主准确的定位加油锥套的相对位置尤为关键，为后续的精确控制提供保障。目前，软管式自主空中加油近距对接的定位导航手段为视觉导航辅助GPS/INS组合导航，视觉导航负责提供加油锥套与受油机之间的相对位置关系，在导航系统中起到了关键性的作用，而锥套目标的中心定位是视觉导航中至关重要的环节，空中加油的高动态、高危险性要求锥套目标的定位必须有较高的精度。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供一种基于极坐标变换的圆形目标中心定位方法，采用化曲为直的思想，将圆形目标以其内部某点展开，根据展开曲线求取圆形中心；本发明的目的之二是提供一种基于极坐标变换的圆形目标中心定位系统。

技术方案：本发明的基于极坐标变换的圆形目标中心定位方法，包括如下步骤：

步骤一：通过目标检测方法提取包含圆形目标的适当矩形区域，适当区域指的尺寸略大于目标且能完整地包含目标，计算矩形区域的宽度和高度，分别记为W、H，此时矩形区域的中心与圆形目标的中心存在一个初始误差Δ₀(x₀，y₀)；

步骤二：将步骤一中的矩形区域进行极坐标变换，即按其中心展开，展开的方法是围绕矩形中心等角度间隔地采样；

步骤三：对极坐标变换后的图像进行大津阈值分割及形态学处理，提取原图中圆形目标边缘的展开曲线；

步骤四：找出展开曲线的最大值和最小值，最大值即为峰值，最小值即为谷值，根据峰值与谷值计算当前展开中心与实际圆心的误差，由此推算出初始中心误差Δ₀(x₀，y₀)，进而得到新的展开中心；

步骤五：以新的展开中心重复步骤二到步骤四，直至展开曲线的峰值与谷值足够接近，即其差值小于或等于一定的阈值，此时的展开中心便是圆形目标的圆心。