一种基于ＯｐｅｎＣＶ的飞机跑道及地平线检测算法

2009-03-19孙颖丁庆生陈静

现代电子技术 2009年3期

孙　颖　丁庆生　陈　静

摘要：讨论了Intel开源计算机视觉库(Open Computer Vision,OpenCV)在图像处理中的应用。跑道识别是无人机着陆图像导航中的一项关键技术，准确而实时地检测出飞机跑道及地平线对推动无人机着陆导航技术的发展及减少着陆过程中的事故起着至关重要的作用。采用的方法是对无人机航拍采集到的RGB数字原图进行预处理之后，在OpenCV平台上进行Hough变换，从而提取其飞机跑道边缘及地平线，并最终成功的在OpenCV上实现了飞机跑道及地平线识别的仿真。实验证实了该检测算法在无人机着陆导航技术中的可行性。

关键词：OpenCV;图像处理;跑道识别;Hough变换

中图分类号：TN919文献标识码：B

文章编号：1004-373X(2009)03-190-02

Algorithm of Runway and Horizon Recognition Based on OpenCV

SUN Ying,DING Qingsheng,CHEN Jing

(School of Electronic Engineering,University of Electronic Science and Technology of China,Chengdu,610054,China)

Abstract：This paper describes the application of OpenCV in digital image processing.Runway recognition is key technology in the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) image navigation landing,it′s extremely important to promote the development of UAV navigation landing and reduce accidents in landing that detecing the runway and horizon fast and accurately.The adopted method is:Hough transformation based on OpenCV after preconditioning the original digital image(RGB image) which derived from the aerophotography,consequently extract the edge of runway and horizon,and finally recognize successfully the runway and horizon based on OpenCV.This experiment prove the algorithm is feasible in the UAV image navigation landing.

Keywords：OpenCV;image processing;runway recognition;Hough transformation

跑道识别是无人机着陆图像导航中的一项关键技术，对推动无人机着陆导航技术的发展及减少着陆过程中的事故起着重要的作用。对航拍采集到的RGB数字原图进行预处理之后，关键技术是利用Hough变换进行直线的提取。这里以飞机跑道及地平线检测算法为例，以OpenCV为平台进行编程，成功地检测出飞机跑道及地平线，验证了算法的有效性。

1 检测原理

Hough变换是Hough在1962年提出的一种形状匹配技术，是一种检测、定位直线和解析曲线的有效方法。用极坐标方程来表示平面中任意一条直线，即可以用ρ和θ两个参数确定下来，对于图像空间任意点(x,y)，其函数关系为：

ρ=xcos θ+ysin θ

其中:ρ为原点到直线的距离(即原点到直线的垂直线的长度);θ确定了直线的方向(即原点到直线的垂直线与x轴方向的夹角)。x，y与ρ,θ的对应关系如图1所示。

如果对位于同一直线L上的n个点进行上述变换，则原图像空间n个点在参数空间中对应地得到n条正弦曲线，并且这些曲线相交于同一点。

2 检测方案

2.1 地平线检测

地平线的斜率与跑道的滚转角之间存在对应关系，因此检测出地平线对飞机着陆是至关重要的。地平线是天空和地面的分界线，而天空与地面在亮度上存在明显差异，所以可以把原图RGB图像转换为HSV(色度，饱和度，亮度)图像。在采用Canny算子进行边缘检测之后，利用Hough变换，在参数空间取最大的累计点对应的(ρ，θ)，将其反变换到图像空间。但在OpenCV中cvHough Lines2函数得到的结果是地平线的点集。所以最后还要采用最小二乘法进行直线拟合得到最终的地平线。如图2~图4所示。