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第二代成像制导的反坦克导弹是广泛应用的一种武器系统,由于制导系统成像背景的复杂性和制导方式的固有特性,在实际应用中需要解决两个方面的问题。一是由于导弹的旋转、烟雾的遮挡、大气的闪烁、复杂背景的干扰等因素,使得被跟踪的弹标的几何特征、灰度特征和运动特征均出现不连续的变化,表现为复杂背景条件下的非稳态特征,对复杂背景条件下的非稳态目标的识别和跟踪是本文要解决的第一个问题。二是由于采用三点法导引,成像系统、导弹和目标最终会在一条直线上,从成像系统的视角来看,导弹必定会遮挡部分目标,干扰制导系统对目标的自动跟踪,部分遮挡条件下的目标跟踪是本文解决的第二个问题。
1.对于复杂背景条件下的非稳态目标的识别和跟踪问题,本文从以下两个方面开展了研究:
(1)基于粒子滤波的非稳态弹标跟踪复杂背景条件下非稳态弹标具有非线性、非高斯、不完全观测的特点,其难点在于观测值与目标的对应关系及每一时刻的运动模式均呈现高度不确定性。粒子滤波是一种常用的非线性后验概率估计算法,适用于系统方程为非线性和噪声为非高斯的情况,精度可以逼近最优,为复杂背景下非稳态弹标的状态估计提供了解决方案,采用粒子滤波,通过估计和预测,可以较好地解决由于弹标闪烁造成目标短时丢失的问题。
(2)基于多传感器信息融合的非稳态弹标跟踪采用不同成像原理的传感器观测非稳态目标,可以获取同一弹标的不同特性,当某一传感器所获得的特性受到干扰,置信度下降的时候,另一传感器获得的特征可能没有受到干扰,因此采用多传感器对目标进行多通道识别,分别提取目标的不同特征,采用D-S证据理论对不同信道的弹标特征融合以后,可以提高弹标识别的概率,更有效地实现复杂背景条件下弹标的可靠识别与稳定跟踪,同时提高了系统的鲁棒性和容错能力。
2.对于部分遮挡条件下的目标自动跟踪问题,本文从以下两个方面进行了研究。
(1)基于多子区域相关跟踪出于弹标部分遮挡目标,使得传统的相关跟踪算法失效。本文对传统的相关跟踪算法进行了改进,提出了一种多子区域相关跟踪算法。其基本思想是将一个目标区域划分为多个子区域,每个子区域均对应一个相应的模板,独立计算每个子区域与模板的相似度。目标被局部遮挡时,被遮挡的子区域的相似度变化剧烈,没有被遮挡的子区域的相似度变化平缓,综合利用多个相似度变化平缓区域子区域的位置信息,实现对局部遮挡目标的可靠跟踪。
(2)基于特征点匹配的遮挡目标跟踪算法出于目标被局部遮挡,使得目标的整体特征不稳定,但是目标图像没有被遮挡的的局部特征点相对稳定,图像的角点在目标的特征表述和识别中具有关键的作用。在目标被部分遮挡时,只要有一定数量的角点没有被完全遮挡,就可以利用满足一定几何变换关系的同一场景的两幅图像的角点进行匹配成对,从而识别和定位目标。本文将采用CSS角点提取算法提取遮挡前后目标的角点特征作为图像的特征序列,运用一种基于点模式匹配的算法完成图像的匹配,求得图像配准参数,进而解算出遮挡目标的坐标位置,实现对部分遮挡目标的稳定跟踪。
本文的研究成果既是对图像处理理论的丰富与补充,又有实际的应用价值。