基于檢測(cè)與識(shí)別的三維目標(biāo)結(jié)構(gòu)圖研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、有關(guān)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的研究，在國(guó)外已經(jīng)開(kāi)展了幾十年，目前國(guó)內(nèi)在這個(gè)方向的研究也日益活躍。其主要原因是該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用范圍極其廣泛，從民用行業(yè)行人檢測(cè)、車(chē)牌檢測(cè)、人臉識(shí)別等，到軍事方面的應(yīng)用。同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的內(nèi)在潛力也在不斷地被挖掘。
　　基于光學(xué)的自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)技術(shù)是利用某光譜波段的成像器，獲取不同視角、不同天氣情況及不同背景下目標(biāo)的一系列圖像，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像分析等手段獲得可以表征目標(biāo)的特征集

2、合，并與預(yù)先組建或獲取的目標(biāo)知識(shí)庫(kù)或者特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)，從實(shí)際場(chǎng)景中找到目標(biāo)，以達(dá)到對(duì)各種軍事、民用目標(biāo)的探測(cè)、分類(lèi)和識(shí)別。自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)尤其是在軍事方面的應(yīng)用，可以使常規(guī)武器系統(tǒng)具有更精確的打擊和更高的實(shí)時(shí)打擊能力，提高武器系統(tǒng)的命中精度和毀傷能力。目標(biāo)識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何及怎樣建立目標(biāo)知識(shí)庫(kù)或者特征結(jié)構(gòu)。一般有兩種途徑，其一是通過(guò)對(duì)感興趣目標(biāo)的預(yù)先偵察，獲取目標(biāo)的影像或者材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等信息，如通過(guò)人在回路或者預(yù)警機(jī)等手段。然后進(jìn)

3、行地面離線(xiàn)特征訓(xùn)練，從而提取并構(gòu)造目標(biāo)的穩(wěn)健特征集或知識(shí)庫(kù)。另一種方法是通過(guò)現(xiàn)在日益成熟的三維仿真技術(shù)，首先恢復(fù)目標(biāo)區(qū)域的某些地理特征，如高程特征，地物建筑模型等，然后結(jié)合二維圖像處理手段，在線(xiàn)分析目標(biāo)特征，并與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景獲得的圖像進(jìn)行匹配識(shí)別，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的捕獲與跟蹤。本文研究重點(diǎn)研究上述第二種方法，并結(jié)合自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，以成像制導(dǎo)為主要研究方向。
　　成像制導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別算法的實(shí)時(shí)性，精度要求非常高：在給

4、定時(shí)間內(nèi)需要實(shí)時(shí)完成對(duì)目標(biāo)圖像的捕獲、預(yù)處理、檢測(cè)與識(shí)別，達(dá)到實(shí)時(shí)跟蹤目標(biāo)的目的。而目標(biāo)結(jié)構(gòu)特征圖制備則是直接關(guān)系檢測(cè)概率、識(shí)別精度的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本文中目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別算法的研究以三維目標(biāo)結(jié)構(gòu)圖作為實(shí)驗(yàn)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過(guò)與實(shí)時(shí)采集圖像進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，完善檢測(cè)識(shí)別算法的適應(yīng)性和魯棒性。
　　本文的第一部分介紹自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的歷史及目前在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況。
　　本文第二部分詳細(xì)介紹了三維仿真系統(tǒng)中所涉及的數(shù)學(xué)及幾何變換[

5、11][12]，重點(diǎn)介紹了三維結(jié)構(gòu)圖制備系統(tǒng)中的幾種坐標(biāo)系定義及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，分別包括透視投影變換，矩陣操作，經(jīng)緯度坐標(biāo)與高斯橢球坐標(biāo)系。
　　本文第三部分對(duì)三維場(chǎng)景仿真及處理技術(shù)進(jìn)行介紹。首先對(duì)通過(guò)三維重建技術(shù)[7][8][9][10]獲得的LIDAR系統(tǒng)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)源(DSM/DEM)格式及規(guī)范進(jìn)行介紹，然后對(duì)三維場(chǎng)景仿真流程進(jìn)行介紹，并重點(diǎn)對(duì)三維場(chǎng)景仿真系統(tǒng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)闡述。本節(jié)后半部分對(duì)通用的三維軟件

6、開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
　　本文的第四部分介紹目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別系統(tǒng)[3][4]的基本組成，并對(duì)處于核心地位的檢測(cè)與識(shí)別算法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，重點(diǎn)對(duì)目前流行的幾種識(shí)別算法及技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述，并總結(jié)各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，從受制約條件影響的角度說(shuō)明了選用目標(biāo)結(jié)構(gòu)方法的優(yōu)越性。然后針對(duì)本文采取的改進(jìn)后的匹配算法，利用第三部分介紹的方法和思路實(shí)現(xiàn)目標(biāo)三維結(jié)構(gòu)圖的制作，并以此為測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，總結(jié)基于目標(biāo)檢測(cè)的三維結(jié)構(gòu)圖的優(yōu)缺