Ю.Б. Блохинов, В.В. Гнилицкий, В. В. Инсаров, А.С. Чернявский ФГУП «ГосНИИАС», Москва

Постановка задачи
Существуют 3D модели ряда наземных объектов, формирующих сцену
Имеется цифровое текущее изображение (ТИ), полученное с летательного аппарата
Заданы углы обзора и примерная область поиска объектов на изображении
Предполагаем, что объект полностью находится в кадре
Требуется определить местонахождение искомого объекта на ТИ
При этом не использовать информацию о текстуре

Модель

По имеющейся информации о точке съемки генерируется конкретный вид эталона объекта
ТИ

Контурные эталоны объектов
1
2
3
4
Для каждого контурного эталона (КЭ) строится функция сходства с ТИ

Предобработка ТИ

Предобработка I
Нормально распределенный шум
Устраняется двусторонним фильтром
В отличие от Гауссиана, сохраняет края

Нормально-распределенный шум
- двусторонний фильтр -
до фильтрации

после фильтрации
Нормально-распределенный шум
- двусторонний фильтр -

Предобработка II
Импульсный шум («соль-перец»)
Устраняется медианной фильтрацией с адаптивным окном
Лучше, чем обычная медиана, справляется с большим уровнем шума и меньше искажает форму краев

до фильтрации
Импульсный шум
- адаптивная медиана -

после фильтрации
Импульсный шум
- адаптивная медиана -

Поиск объекта

Функция сходства
Контурный эталон размывается Гауссианом
Находится поле направлений градиентов (нормалей) эталона
То же проводится для ТИ:

Функция сходства
Значения углов квантуются в M ячеек (например, M=6)
Сходство между эталоном и ТИ в точке (i,j):
Итоговая функция сходства

Пик функции
сходства объекта №1
Наиболее вероятное расположение

Пик функции
сходства объекта №2
Наиболее вероятное расположение

Пик функции
сходства объекта №3
Наиболее вероятное расположение

Пик функции
сходства объекта №4
Наиболее вероятное расположение
Ложное обнаружение

Сборка сцены

Сборка сцены
По ряду причин (шум, загораживание) функция сходства может иметь ложные максимумы
Необходимо учитывать информацию о взаимном расположении объектов, формирующих сцену – это расстояния и допуски на область поиска
ТИ
область поиска
1-го объекта
область поиска
2-го объекта
область поиска
2-го объекта

Сборка сцены
Пусть контурный эталон перенесен в положение k в системе координат ТИ
Пусть эталон состоит из N ненулевых пикселей
Пусть в данном положении в случаях из N направление градиента ТИ и нормали к КЭ совпадает; назовем множество таких точек
Пусть
- обычная функция сходства

Сборка сцены
Процесс вычисления функции сходства между КЭ и ТИ можно рассматривать проведение N независимых испытаний по схеме Бернулли
Основная гипотеза - в k-м положении действительно находится искомый объект
Альтернативная гипотеза – совпадение направлений вызвано шумом (фоном)
Отношение правдоподобия двух гипотез:

Сборка сцены
На практике используем оценки и
Если объектов несколько, то для каждого объекта в каждом пикселе его зоны поиска определяется и
Формируются оценки и
Итоговая агрегированная функция сходства:

Функция сходства

Функция сходства после сборки, «голосуют» 4 объекта
Ложный пик «погашен»

Учет информации о взаимном расстоянии между объектами позволил точно локализовать искомые объекты

Два примера с загораживанием
искомого объекта
Функция сходства
Сборка
Локализация объекта