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1、(10)申请公布号 CN 103162669 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103162669 A *CN103162669A* (21)申请号 201310064734.1 (22)申请日 2013.03.01 G01C 11/04(2006.01) (71)申请人 西北工业大学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路 127 号 (72)发明人 张艳宁 杨涛 屈冰欣 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 王鲜凯 (54) 发明名称 航拍图像机场区域检测方法 (57) 摘要 本发明公开了一种航拍图像机场区域检测方 法， 用于解决现有长线状特征。
2、下机场跑道检测方 法检测效果差的技术问题。技术方案是首先根据 机场跑道长直线的特征， 利用 Steger 算法强化出 图像中的线状目标， 通过计算 Hessian 矩阵的最 大绝对值的特征值确定线状目标中心点 ； 再利用 Hough变换对Steger算法强化线状目标的结果进 行直线检测 ； 最后通过直线连接和统计来确定机 场区域的位置。 由于在Steger算法结果的基础上 进行 Hough 变换检测直线， 去除了大量的干扰线 段， 提高了机场区域的检测效果。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 。
3、说明书4页 (10)申请公布号 CN 103162669 A CN 103162669 A *CN103162669A* 1/2 页 2 1. 一种航拍图像机场区域检测方法， 其特征在于包括以下步骤 ： 步骤一、 对于航拍图像中的某一点 x0， 其邻域的二阶泰勒展开式为 ： 式中， s 为尺度， 即模板大小 ；求 Hessian 矩阵 H0， s的特征值 ： 对于某一个固定的尺度 s， Hessian 矩阵的特征值为 1， 2， 设 |1| |2| ； 对于线 状目标， 其满足 |1| 0， |1|0 ； 根据线状目标 Hessian 矩阵特征值的特点， 定义其相应函数 ： 式中， =0.5 。
4、； C=0.5 ； R=1/2；在尺度范围 smin， smax 内， 求出 响应的最大值作为输出 ： 步骤二、 利用 Hough 变换将不连续的像素边缘连接起来， 其直线极坐标方程如下 ： =xcos+ysin 根据直线极坐标方程， 原航拍图像空间中的点对应新参数空间中的一条正弦曲线， 检测直线的具体过程就是让 取遍可能的值， 然后计算 的值， 再根据 和 的 值对累加数组累加， 从而得到共线点的个数 ； 当直线从与 x 轴重合处逆时针旋转时， 的值由 0增大到 180， 所以由直线极坐标方程可知 ：其中 当且仅当 x 和 y 都达到最大且时， 由 和 的取值范围和分辨率确定累加器的大小， 。
5、从而检测直线 ； 步骤三、 对 Hough 变换后的线段检测结果首先进行线段连接， 将位置相近、 斜率相近的 较短的线段连接成长线段 ； 线段连接方法如下 ： 对于线段 L1， 倾斜角度为 1， 两个端点分别记为 P1和 P2， 寻找与线段 L1的某一个端 点共尺度边的线段 L2， 倾斜角度为 2， 端点分别记为 P3和 P4； 求线段 L1和线段 L2两两端点间的距离， 即 Dist(P1,P2)， Dist(P1,P4)， Dist(P3,P2)， Dist(P3,P4) ； 条件 1 ： 四个距离中最小的距离 Min(Dist) 小于阈值 dist， 条件 2 ： |1-2|0。根据线状。
6、目标 Hessian 矩阵特征值的特点， 定义其相应函数 ： 说 明 书 CN 103162669 A 4 2/4 页 5 0011 0012 式中， =0.5 ； C=0.5 ； R=1/2；在尺度范围smin， smax内， 求 出响应的最大值作为输出 ： 0013 0014 步骤二、 利用 Hough 变换将不连续的像素边缘连接起来， 其直线极坐标方程如下 ： 0015 =xcos+ysin 0016 根据直线极坐标方程， 原航拍图像空间中的点对应新参数空间中的一条正弦 曲线， 检测直线的具体过程就是让 取遍可能的值， 然后计算 的值， 再根据 和 的值对累加数组累加， 从而得到共线点的。
7、个数。当直线从与 x 轴重合处逆时针旋转时， 的值由 0增大到 180， 所以由直线极坐标方程可知 ：其中 当且仅当 x 和 y 都达到最大且时， 由 和 的取值范围和分辨率确定累加器的大小， 从而检测直线。 0017 步骤三、 对 Hough 变换后的线段检测结果首先进行线段连接， 将位置相近、 斜率相 近的较短的线段连接成长线段 ； 线段连接方法如下 ： 0018 对于线段 L1， 倾斜角度为 1， 两个端点分别记为 P1和 P2， 寻找与线段 L1的某一 个端点共尺度边的线段 L2， 倾斜角度为 2， 端点分别记为 P3和 P4； 0019 求线段 L1和线段 L2两两端点间的距离， 即。
8、 Dist(P1， P2)， Dist(P1， P4)， Dist(P3， P2)， Dist(P3， P4) ； 0020 条件 1 ： 四个距离中最小的距离 Min(Dist) 小于阈值 dist， 0021 条件 2 ： |1-2|0。由于目前采集的跑道是线状亮目标， 根据上述线状目标 Hessian 矩阵特征值 的特点， 可以定义下面的相应函数 ： 0041 0042 其中， =0.5 ； C=0.5 ； R=1/2；在尺度范围 smin， smax 内， 求出响应的最大值作为输出 ： 0043 0044 有经验结果表明， 尺度空间应选择跑道成像宽度范围的两倍， 强化出来的线性目 标更。
9、明显， 可以抑制大量非线性目标。 0045 2、 Hough 变换检测跑道。 0046 利用 Hough 变换可方便地得到边界曲线而将不连续的像素边缘连接起来， 其主要 优点是受噪声和曲线间的影响小， 利用 Hough 变换可以直接检测某些已知形状的目标， 例 说 明 书 CN 103162669 A 6 4/4 页 7 如直线。 0047 采用直线极坐标方程， 变换方程如下所示 ： 0048 =xcos+ysin 0049 根据这个方程， 原图像空间中的点对应新参数空间中的一条正弦曲线， 检测直线 的具体过程就是让 取遍可能的值， 然后计算 的值， 再根据 和 的值对累加数组累 加， 从而得。
10、到共线点的个数。当直线从与 x 轴重合处逆时针旋转时， 的值由 0增大到 180， 所以由直线极坐标方程可知 ：其中所 以当且仅当x和y都达到最大且时，由它们的取值范围和 分辨率就可以确定累加器的大小， 从而检测直线。 0050 3、 后处理。 0051 对 Hough 变换后的线段检测结果首先进行线段连接， 将位置相近、 斜率相近的较 短的线段连接成长线段 ； 在此基础上将 0 180的斜率分为 6 个区间， 分别统计该 6 个 区间上的长线段的数量。由于在前两步的处理中， 显示结果中机场跑道目标所包含的长线 段最多， 因此统计结果中长线段最多的斜率区间即为机场跑道的斜率。在确定好的斜率区 。
11、间内， 统计所有长直线段的起始点坐标， 从而确定出目标的位置。 0052 利用机场跑道的上述特征， 可以将机场跑道提取出来。 由于机场跑道为长直线， 所 以将提取出来的机场跑道再次进行短线连接， 从而得到完整的机场跑道图。 0053 后处理阶段的线段连接方法如下 ： 0054 对于线段 L1， 倾斜角度为 1， 两个端点分别记为 P1和 P2， 寻找与此线的某一个 端点共尺度边的线段 L2， 倾斜角度为 2， 端点分别记为 P3和 P4； 0055 求这两个线段的两两端点间的距离， 得到四个距离， 即 Dist(P1， P2)， Dist(P1， P4)， Dist(P3,P2)， Dist(。
12、P3,P4) 0056 条件 1 ： 四个距离中最小的距离 Min(Dist) 小于阈值 dist， 0057 条件 2 ： |1-2| 阈值 threshold， 此处， threshold 取 6 ； 0058 条件 3 ： 四个距离中最大的距离 max(Dist) 大于两条直线中最长的长度， 0059 当步骤成立时， 连接两条线段， 删除参与连接的两条线段 L1和 L2。 0060 当步骤不成立时， 继续搜索， 有可连接的线段， 回到步骤 ； 没有可连接的线 段， 结束 ； 0061 后处理阶段统计确定目标位置的方法如下 ： 0062 将斜率的 0 180分为六个区间， 分别统计上述线段连接得到的长线段落 在六个区间的数量， 即 N1， N2， N3， N4， N5， N6； 0063 求这六个区间中长线段最多的一个区间， 即 0064 统计 Nmax中长线段的起始点坐标， 得到目标框的位置。 说 明 书 CN 103162669 A 7 。