基于机载Android平台的固定靶标识方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固定革E1标识方法，特别是涉及一种基于机载Android平台的固定 靶标识方法。
【背景技术】
[0002] 对地面目标进行有效的检测识别是无人机中一个必要的需求。考虑到负重等因 素，现有的处理方案往往是通过无线图传的方式将图像传回地面处理，并将结果返回无人 机。但该处理方式存在明显缺陷，如容易受到干扰，对图像质量造成损失等，从而增加了目 标识别的难度和误差。文献 "UAV-basedForestFireDetectionandTrackingUsing ImageProcessingTechniques, 2015InternationalConferenceon.IEEE:639-643'，中米 用无线图传的方式，对地面的森林火灾目标进行检测。文中采用中值滤波的方法对引入的 噪声进行去除。但是，文中的处理方式并不能从根本上将噪声去除，会对后期的处理造成很 大的困难，而且无法满足实时性的要求。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有固定靶标识方法靶标的检测和定位精度低的不足，本发明提供一种 基于机载Android平台的固定革E1标识方法。该方法首先在标定好的手机摄像头的基础上 进行图像采集；其次，对图像进行二值化处理，并提取轮廓，然后与模板进行匹配，并在匹配 成功的图像上提取目标中心圆的颜色和坐标；然后利用手机方向传感器对虚假目标进行去 除；最后，将目标图像坐标转换为经炜度，利用手机的传感器对获取的飞机飞行参数进行修 正。本发明弥补了【背景技术】无线图传方法的不足，提高了靶标的检测和定位精度。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于机载Android平台的固定 靶标识方法，其特点是包括以下步骤：
[0005] 步骤一、采用张氏标定法对手机摄像头进行标定。将标定靶标固定，每次变换手机 获取不同的姿态。每次的姿态选定后，触摸屏幕获取标定图像。连续采集15幅图像，在每 幅图像上进行角点检测，标定用图像和棋盘格之间的单应变换H，利用棋盘格的几何关系， 建立各视图图像中各角点的对应关系；棋盘格上的所有角点的空间坐标满足共面约束，假 设其Z坐标为〇,对单应性进行计算：
[0006]
[0007] 其中，u，v为角点的像素坐标，X，Y为角点在棋盘格上的空间坐标。将Η进行分解， 得到：
[0008]H=sK[r!r2t] (2)
[0009] 其中，1^，r2,t为棋盘的位置姿态，s为标量系数，K为手机摄像头内参数矩阵。利 用:^和r2的正交性求解Κ。
[0010] 步骤二、选用手机后置摄像头并固定焦距进行图像采集，分辨率选用1080P。采用 JNI编程方法，将在JAVA框架下获取的图像传到JNI层，将BGRA模式转换为RGB模式。
[0011] 步骤三、检测固定靶标为三个同心圆，直径比为10:5:1，外圈为蓝色，中间圈为白 色，内圈为红色或绿色。
[0012] 对图像进行二值化处理，生成与原图像矩阵大小相同的Μ矩阵。假设每个像素RGB 三颜色通道值为r，g，b，对图像像素进行遍历，使得：
[0013]
[0014]
[0015]
[0016] threshold设定为 50。
[0017] 用以上方法得到二值图后，进行轮廓的提取。按照从上到下，从左到右的顺序搜 索，具体步骤如下：
[0018]i.找到黑点记为a，若它的8个相邻的点都是黑色，则删除；
[0019]ii.若它的右，右下，下，左下相邻点至少有一个是边界点，记为b;
[0020] iii.从b开始在它的8个相邻点里找边界点，记为c;
[0021] iv.若c为a，则查找结束。否则将将c置为b点，重复步骤iii。
[0022] 将得到的轮廓图缩放到与模板相同的大小，并与模板进行匹配：
[0023] D(i,j) = (M(i,j)-T(i,j)) + (T(i, j))ie[0,m],je[0, n] (5)
[0024] 其中，T为模板矩阵，D为轮廓图与模板匹配的相似性矩阵，模板矩阵大小为m行n 列。然后在最外圈和内圈限定范围内查找满足D(i，j) = 0(ie[0，m]，je[0，n])条件的 像素个数，若最外圈和内圈像素匹配个数分别超过1000和250,则判断为检测到目标。若为 固定目标，在中心圆的位置上提取红色通道和绿色通道像素个数，依据其像素个数多少作 为判断中心圆颜色的条件。采用OpenCV的库函数获取目标点集的最外面矩形边界，矩形中 心作为目标的图像中心坐标。
[0025] 步骤四、将手机水平放置在机身底部，通过手机的方向传感器监测飞机的飞行姿 态变化，去除姿态过度倾斜的虚假目标。
[0026] 步骤五、计算靶标经炜度。
[0027] 假设目标在图像中的坐标为（X。，y。)，由手机固定位置经过平移变换得到其在机体 坐标系下的坐标，假设为（x，y，z)。用姿态矩阵将机体坐标系中的坐标转换为地理坐标 系中的坐标：
[0028]
?6)
[0029] 其中，
[0030]
[_u：:sm/j cosp
[0031]Φ，α，β分别为用手机传感器修正后的飞机的航向角、俯仰角和横滚角。修正方 式为：
[0032]
[0033] Φ。，α。，β。为由手机传感器测得的飞机的航向角、俯仰角和横滚角；Φ i，〇1， 为由飞机测得的飞机的航向角、俯仰角和横滚角。w。设定为0.7，·?^设定为0.3。（xQ，y。）在 地理坐标系中对应的坐标为：
[0034]
[0035] 然后用位置矩阵CT将地理坐标系中的坐标转换为地球坐标系中的坐标：
[0036]
[0037] 其中，ζ，L分别为飞机的经炜度。则（X。，y。）在地理坐标系中的对应坐标为：
[0038] [λ- , V,,r-J =([x^,r.-] + [0,0,Rc：+ h])C' '(.1.1)
[0039]R。为机下点本地地球的半径，h为飞机的高度。则图像坐标（x。，y。）对应的经度和 维度为：
[0040]
[0041] 其中，艮为赤道平面半径，Rp为极轴半径。
[0042] 本发明的有益效果是：该方法首先在标定好的手机摄像头的基础上进行图像采 集；其次，对图像进行二值化处理，并提取轮廓，然后与模板进行匹配，并在匹配成功的图像 上提取目标中心圆的颜色和坐标；然后利用手机方向传感器对虚假目标进行去除；最后， 将目标图像坐标转换为经炜度，利用手机的传感器对获取的飞机飞行参数进行修正。本发 明弥补了【背景技术】无线图传方法的不足，提高了靶标的检测和定位精度。
[0043] 下面结合【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【具体实施方式】
[0044] 本发明基于机载Android平台的固定革E1标识方法具体步骤如下：
[0045] 1、手机摄像头标定。
[0046] 采用标定中常用张氏标定法。由于手机操作特殊性，本发明中将标定靶标固定，每 次变换手机获取不同的姿态。每次的姿态选定后，触摸屏幕获取标定图像。连续采集15幅 图像，在每幅图像上进行角点检测，标定用图像和棋盘格之间的单应变换H，利用棋盘格的 几何关系，建立各视图图像中各角点的对应关系；棋盘格上的所有角点的空间坐标是满足 共面约束的，假设其Z坐标为0,对单应性进行计算：
[0047]
[0048] 其中，u，v为角点的像素坐标，X，Y为角点在棋盘格上的空间坐标。将Η进行分解， 得到：
[0049] H=sK[r!r2t] (2)
[0050] 其中，r2, t位棋盘的位置姿态，s为标量系数，K为手机摄像头内参数矩阵。然 后利用^和r2的正交性求解Κ。
[0051] 2、图像采集。
[0052] 手机有两个摄像头，选用后置摄像头以获得更高的图像质量。而后置摄像头的 调用默认是自动对焦的，这里用程序控制使其固定焦距。选用的分辨率为1080p。考虑到 Android对OpenCV的支持和算法运行速度，这里采用了JNI的编程方法，即在JAVA框架下 获取的图像传到JNI层。由于色彩数据模式的差异，