景象匹配與目標(biāo)識別技術(shù)

前言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)已從傳統(tǒng)的機(jī)械化戰(zhàn)爭轉(zhuǎn)向高技術(shù)信息化的戰(zhàn)爭階段，20世紀(jì)90年代至今在全球局部地區(qū)發(fā)生的幾場戰(zhàn)爭中已經(jīng)確立了精確制導(dǎo)武器在戰(zhàn)爭中的重要地位。精確制導(dǎo)技術(shù)是精確制導(dǎo)武器的關(guān)鍵技術(shù)，其核心是精確探測和精確控制，利用傳感器和信息網(wǎng)獲取待攻擊目標(biāo)的位置、速度、圖像及特征等信息，經(jīng)分析和處理后實(shí)時修正和控制武器自身的飛行軌跡，確保精確制導(dǎo)武器在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中能精確命中目標(biāo)的要害部位并有效摧毀目標(biāo)。在精確制導(dǎo)技術(shù)中，成像制導(dǎo)技術(shù)又是研究和發(fā)展的重要方向。成像制導(dǎo)技術(shù)以目標(biāo)成像為基礎(chǔ)直接探測目標(biāo)的外形或基本特征，以獲取更多的目標(biāo)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)特征的高分辨率跟蹤，是提高定向精度、識別能力、抗干擾性能的最有效技術(shù)。由于成像制導(dǎo)中的信息量巨大，智能化信息處理技術(shù)就成為成像制導(dǎo)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其核心則是目標(biāo)識別技術(shù)，它是精確制導(dǎo)武器智能化程度的一個重要標(biāo)志。自1998年開始，在航空科學(xué)基金（98D53039，04153067）、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金（20020699014，20060699024）和航天科技創(chuàng)新基金、武器裝備預(yù)研基金的資助下，我們課題組進(jìn)行了有關(guān)導(dǎo)彈精確制導(dǎo)中的目標(biāo)識別技術(shù)等方面的研究工作。本書的內(nèi)容就是我們課題組在進(jìn)行自動目標(biāo)識別技術(shù)研究時所取得的圖像處理和景象匹配方面的研究成果。全書共分為12章。各章內(nèi)容安排如下：第1章～第3章分別為緒論、紅外圖像預(yù)處理和遙感圖像處理，介紹了精確制導(dǎo)武器、紅外成像制導(dǎo)及目標(biāo)識別方面的基本概念、研究現(xiàn)狀、需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題及精確制導(dǎo)中常用的一些特殊圖像處理方法與基本原則；第4章和第5章分別為數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像處理方法和基于粗糙集的圖像處理方法，介紹了課題組用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和粗糙集理論進(jìn)行圖像處理研究所取得的一些成果；第6章～第8章為下視景象匹配制導(dǎo)，介紹了下視景象匹配制導(dǎo)的概況，基于圖像特征的下視景象匹配制導(dǎo)及基于紋理質(zhì)地子特征的下視景象匹配制導(dǎo)，是課題組在巡航導(dǎo)彈的下視景象匹配制導(dǎo)研究中所取得的一些成果；第9章為下視景象匹配制導(dǎo)中的一些改進(jìn)方法，介紹了課題組在下視景象匹配制導(dǎo)研究中所提出的抗變形的邊緣匹配方法和能滿足實(shí)時景象匹配要求的實(shí)時下視景象匹配定位方法，并對提高圖像匹配可靠性的方法進(jìn)行了歸納；第10章和第11章分別為空中二維目標(biāo)圖像識別和空中三維目標(biāo)圖像特征提取，介紹了課題組所提出的極坐標(biāo)投影矩、仿射投影矩、K-L傅里葉矩、余弦傅里葉矩等不變矩，及這些不變矩在二維目標(biāo)圖像特征提取、三維目標(biāo)圖像特征提取及目標(biāo)識別中的應(yīng)用；第12章為基于支持向量機(jī)的空中三維目標(biāo)識別，介紹了課題組所提出的一種基于風(fēng)險(xiǎn)分析的最小隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)多分類支持向量機(jī)分類方法。

內(nèi)容概要

《景象匹配與目標(biāo)識別技術(shù)》針對精確制導(dǎo)中的景象匹配和目標(biāo)識別技術(shù)，主要介紹了與景象匹配和目標(biāo)識別有關(guān)的研究方法和相關(guān)成果，涵蓋了與景象匹配及目標(biāo)識別有關(guān)的各種圖像處理、景象匹配、特征提取與目標(biāo)識別方法。全書共分為12章，其內(nèi)容包括遙感圖像處理方法、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像處理方法、粗糙集圖像處理方法等圖像處理方法和基于圖像特征的下視景象匹配、基于紋理質(zhì)地子特征的下視景象匹配、下視景象匹配制導(dǎo)中的一些改進(jìn)方法等下視景象匹配方法，以及空中二維目標(biāo)圖像識別、空中三維目標(biāo)圖像特征提取與目標(biāo)識別等空中目標(biāo)識別方法。  《景象匹配與目標(biāo)識別技術(shù)》可作為高等學(xué)校導(dǎo)航制導(dǎo)類和航空航天類研究生教材或參考教材，也可供從事精確制導(dǎo)工作的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論  1.1 精確制導(dǎo)武器  1.2 紅外成像制導(dǎo)技術(shù)  1.3 紅外圖像處理方法概述  1.4 目標(biāo)識別方法的研究現(xiàn)狀　1.5 景象匹配技術(shù)第2章 紅外圖像預(yù)處理　2.1 紅外圖像噪聲濾波　2.2 紅外圖像灰度變換　2.3 紅外圖像增強(qiáng)　2.4 紅外圖像分割第3章 遙感圖像處理　3.1 圖像制導(dǎo)與衛(wèi)星對地觀測技術(shù)應(yīng)用概述　3.2 遙感圖像中的數(shù)據(jù)融合　3.3 遙感圖像中的邊緣檢測　3.4 遙感圖像分割　3.5 基于知識推理的遙感圖像理解方法第4章 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像處理方法　4.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的形成　4.2 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)基本原理　4.3 灰度形態(tài)學(xué)方法　4.4 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波方法　4.5 基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像邊緣檢測方法　4.6 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)在機(jī)場目標(biāo)識別中的應(yīng)用第5章 基于粗糙集的圖像處理方法　5.1 粗糙集理論基礎(chǔ)　5.2 粗糙集圖像增強(qiáng)方法　5.3 粗糙集圖像濾波方法　5.4 基于粗糙集的圖像分割方法　5.5 粗糙集理論在航空母艦編隊(duì)目標(biāo)識別中的應(yīng)用第6章 下視景象匹配制導(dǎo)　6.1 下視景象匹配制導(dǎo)概述　6.2 下視景象匹配定位基本方法第7章 基于圖像特征的下視景象匹配制導(dǎo)　7.1 基于特征的圖像匹配與識別技術(shù)概述　7.2 圖像的特征提取　7.3 二維圖像的不變矩　7.4 基于不變矩特征的下視景象匹配第8章 下視景象匹配制導(dǎo)中的邊緣匹配方法　8.1 抗變形的圖像邊緣匹配方法　8.2 常用的幾種實(shí)時下視景象匹配定位方法　8.3 提高圖像匹配可靠性的方法第9章 基于紋理質(zhì)地子特征的下視景象匹配　9.1 質(zhì)地子特征及提取方法　9.2 基于質(zhì)地子特征的下視景象匹配方法第10章 空中二維目標(biāo)圖像識別　10.1 常用不變量的穩(wěn)定性　10.2 極坐標(biāo)投影矩　10.3 仿射投影矩第11章 空中三維目標(biāo)圖像特征提取　11.1 單視點(diǎn)的三維目標(biāo)成像模型　11.2 K-L傅里葉矩　11.3 余弦傅里葉矩第12章 基于支持向量機(jī)的空中三維目標(biāo)識別　12.1 支持向量機(jī)相關(guān)理論的簡單回顧　12.2 支持向量機(jī)的選擇　12.3 多類別支持向量機(jī)　12.4 最小隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)多分類法　12.5 仿真與分析參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)已從傳統(tǒng)的機(jī)械化戰(zhàn)爭轉(zhuǎn)向高技術(shù)信息化的戰(zhàn)爭階段。20世紀(jì)90年代至今，在全球局部地區(qū)發(fā)生的幾場戰(zhàn)爭中已經(jīng)確立了精確制導(dǎo)武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要地位口。精確制導(dǎo)武器的主要特點(diǎn)是命中精度高、作戰(zhàn)效能高和大量使用微電子和光電技術(shù)。精確制導(dǎo)武器具有結(jié)構(gòu)緊湊、雷達(dá)特征低、質(zhì)量小、外形尺寸小和發(fā)射平臺多樣化等優(yōu)點(diǎn)，因而特別有利于在現(xiàn)代作戰(zhàn)環(huán)境中生存。在1991年第一次海灣戰(zhàn)爭中，以美國為首的多國部隊(duì)用精確制導(dǎo)武器擊毀了約80％的目標(biāo)，初顯了精確制導(dǎo)武器的威力。在1999年3月的科索沃戰(zhàn)爭中美國主要使用的是精確制導(dǎo)武器，其用量已占到全部使用武器的98％，并在這場戰(zhàn)爭中達(dá)到了零傷亡。2001年10月美國在阿富汗的戰(zhàn)爭中，也大量地使用了精確制導(dǎo)武器。2003年3月七枚“戰(zhàn)斧”式巡航導(dǎo)彈實(shí)施的“斬首”行動宣布了第二次海灣戰(zhàn)爭的開始。很多國家都明確地把精確制導(dǎo)武器列為重點(diǎn)發(fā)展的常規(guī)兵器。精確制導(dǎo)武器已成為高技術(shù)信息化戰(zhàn)爭中的物理殺傷主要手段，并在戰(zhàn)爭中發(fā)揮關(guān)鍵作用。精確制導(dǎo)武器是指命中概率較高的制導(dǎo)武器，一般是指直接命中概率大于50％的制導(dǎo)武器。它們按照特定基準(zhǔn)路線，運(yùn)用控制和導(dǎo)引技術(shù)對目標(biāo)進(jìn)行攻擊，主要用于摧毀重要戰(zhàn)略目標(biāo)和武器裝備，其特點(diǎn)是精度高、射程遠(yuǎn)、攻擊力強(qiáng)。精確制導(dǎo)武器一般由制導(dǎo)系統(tǒng)、戰(zhàn)斗部與引爆系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和伺服控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)四部分組成。精確制導(dǎo)技術(shù)是精確制導(dǎo)武器的關(guān)鍵技術(shù)，其核心是精確探測和精確控制，其研究重點(diǎn)是確保尋的制導(dǎo)武器在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中精確命中目標(biāo)和目標(biāo)要害部位的尋的末制導(dǎo)技術(shù)。精確制導(dǎo)武器利用傳感器和信息網(wǎng)絡(luò)獲取待攻擊目標(biāo)的位置、速度、圖像及特征等信息，經(jīng)分析和處理后實(shí)時修正和控制自身的飛行軌跡，具有很高的命中精度。信息處理的基本作用是對傳感器接收的各種信號進(jìn)行分析處理，并與信息網(wǎng)的信息相融合，自動搜索、識別、截獲和跟蹤目標(biāo)信號，為武器系統(tǒng)提供必要的目標(biāo)信息。它與一般制導(dǎo)技術(shù)的區(qū)別在于，精確制導(dǎo)不僅能制導(dǎo)導(dǎo)彈直接命中目標(biāo)，而且具有命中點(diǎn)（易損部位）選擇的能力和更強(qiáng)的抗干擾能力，并支持精確制導(dǎo)武器的遠(yuǎn)距離高精度作戰(zhàn)、全天候作戰(zhàn)和復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下作戰(zhàn)。精確制導(dǎo)技術(shù)是一項(xiàng)以高科技為基礎(chǔ)，涉及多個專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的綜合性系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)。它的發(fā)展促進(jìn)了武器裝備更新?lián)Q代，極大地提高了武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能，增強(qiáng)了常規(guī)威懾力量。目前，精確制導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種導(dǎo)彈上。精確制導(dǎo)武器的大量使用，改變了傳統(tǒng)的作戰(zhàn)模式，使防區(qū)外攻擊目標(biāo)成為現(xiàn)實(shí)。因此，從某種意義上講，現(xiàn)代戰(zhàn)爭在很大程度上表現(xiàn)為敵對雙方在精確制導(dǎo)武器之間的激烈較量。

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