基于PRIC理论的图像信息技术研究

论文摘要

本文利用PRIC(Pattern Recognition and Intelligent Control,模式识别与智能控制)面向外部环境信息实现机器直接感知并做出相应智能反映的技术特点,融合信息、计算机、控制、模糊数学等交叉学科开展以图像信息的识别为前提的复杂背景下目标识别与跟踪技术研究,并将其应用于军事领域。文章在阐述图像识别基本理论的基础上提出多种有效识别算法及其实用技术。尤其是模糊加权的图像匹配方法,利用直方图的特性,引进数学中的模糊加权概念,显示各级量数在总量中所具有的重要程度,分别给予不同的级数;在相关匹配中,先对权重高的灰度值进行匹配,并运用模糊加权模板的思想来处理要匹配的现场图像,以获得二值化的稀疏矩阵,再以模糊加权模板将相关运算的乘法简化为稀疏矩阵的加法。文章阐述,模糊加权的图像匹配方法能够使得整个识别过程不仅降低了运算量,而且对噪声污染具有较强的抗干扰性;同时,系统能够克服一般模板方法对环境亮度轻微变化而造成的匹配失误;并通过实验证明了模糊加权算法对NMI特征值能保持良好的稳定性,且优于灰度门限算法和边缘检测等算法。为增强识别匹配的实用性,文章在给出模糊加权的NMI特性提取方法的同时,还提出了一种实用的复合图像识别匹配算法。该算法以模糊权重为二者的连接点,既降低了灰度匹配的计算量,又为NMI特征值计算寻找到了有效的方法。针对本课题的应用技术背景,文章详尽介绍了PRIC在制导武器系统中的末制导寻的实用算法及其技术。对于当前图像匹配过程所采用的经典决策中特征空间尺度MAD、CF和CCF等算法的局限性难以实现复杂环境条件下目标图像的高准确率识别,提出一种目标图像匹配的模糊合成多维决策方法。该方法在增加运算量不多的情况下,可以大幅度提高对复杂背景下目标图像识别的准确率,因此使得该领域的研究向实用技术迈进一大步。同时通过变角度识别、远距逼近、遮挡目标等复杂环境实验测试,最终证实,本课题提出的系列算法具有优异的实用性和有效性。最后,文章阐述了基于PRIC理论的图像信息技术拓展研究,以摄像机双目测量与图像形态学处理方法作为图像信息提取的另一重要手段以实现智能控制的三维形态目标。本文已经构建出能够进一步提高图像末制导武器识别能力和精度的三维信息工业软件平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 PRIC 理论与图像信息
• 1.2 图像信息技术
• 1.2.1 图像处理与识别
• 1.2.2 图像信息技术在军事上的应用价值
• 1.3 主要内容和章节安排
• 2 制导武器中快速图像识别算法研究
• 2.1 引言
• 2.2 图像识别匹配要素
• 2.3 图像识别匹配方法
• 2.3.1 基于灰度的图像识别匹配算法
• 2.3.1.1 序贯相似性检测算法
• 2.3.1.2 幅度排序相关算法
• 2.3.1.3 FFT 的相关算法
• 2.3.1.4 分层搜索的序贯判决算法
• 2.3.2 基于模糊加权模板的快速图像匹配算法
• 2.3.2.1 概述
• 2.3.2.2 图像加权
• 2.3.2.3 复杂背景下基于加权模板的匹配试验
• 2.3.2.4 加权模板图像匹配的优化
• 2.3.3 基于特征的图像识别匹配
• 2.3.3.1 不变矩特征
• 2.3.3.2 奇异值特征
• 2.3.4 基于模糊加权模板与NMI 特征结合的图像识别匹配
• 2.3.4.1 概述
• 2.3.4.2 二值图像NMI 不变性分析
• 2.3.4.3 NMI 特征提取比较实验
• 2.4 本章小结
• 3 图像识别末制导寻的实用算法及其实现技术
• 3.1 项目简介
• 3.2 实现目标图像识别末制导技术条件与设计原则
• 3.3 目标图像识别末制导关键技术
• 3.3.1 复杂背景下的目标图像识别与跟踪
• 3.3.1.1 粗匹配过程
• 3.3.1.2 NMI特征匹配过程
• 3.3.1.3 灰度匹配过程
• 3.3.1.4 模糊合成多维决策策略
• 3.3.2 实现目标跟踪的气动外形
• 3.3.3 快速纠偏的伺服结构与控制过程
• 3.3.3.1 确立坐标系
• 3.3.3.2 各坐标系之间的关系
• 3.3.3.3 控制方程
• 3.3.3.4 炸弹飞行速度与目标的偏差计算
• 3.3.3.5 末制导控制指令的最终作用
• 3.3.3.6 Fuzzy/PID 控制策略
• 3.4 实验与分析
• 3.4.1 静态实验
• 3.4.1.1 实验设备和条件
• 3.4.1.2 结果分析
• 3.4.2 模拟地面、空中实验
• 3.4.2.1 地面实验
• 3.4.2.2 空中实验
• 3.5 本章小结
• 4 图像信息技术研究拓展
• 4.1 图像形态学处理
• 4.1.1 图像形态学处理概述
• 4.1.2 图像形态学处理的基本运算
• 4.1.3 图像形态学处理的工业应用
• 4.2 立体测量
• 4.2.1 双视角几何学
• 4.2.2 摄像机的标定
• 4.2.3 立体测量Matlab 仿真平台
• 4.2.3.1 图像的采集
• 4.2.3.2 摄像机标定
• 4.2.3.3 立体标定
• 4.2.3.4 测量和立体重构
• 4.3 基于.NET 的软件平台
• 4.4 拓展应用
• 4.4.1 无人侦察机的图像链接
• 4.4.1.1 原理概述
• 4.4.1.2 Matlab 仿真
• 4.4.1.3 卫星图像链接实例
• 4.4.2 军事目标的侦察与几何重构
• 4.5 本章小结
• 5 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录I 与图像信息技术研究相关的发明专利
• 附录II 科技成果鉴定
• 附录III 图像信息技术研究相关奖项
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 攻读博士学位期间参加的主要科研项目