科技信息 博士・专家论坛 基于运动模式羽点源目标ｉＲ￣ＩＵ算法的研究 湖南人文科技学院通信与控制工程系 方智文 成运 ［摘要］目前常用的点源运动目标识别方法并未考虑运动目标自身运动规律，难以识别目标属性，降低了目标识别的准确性。本文 提出三点Ｈｅｒｎｌｉ￣ｔｅ插值轨迹匹配识别方法，用以识别点源目标运动模式。该方法首先根据已知目标自身运动规律，建立目标运动轨 迹全方位投影曲线标准库；然后，采用三次Ｈｅｒｍｉｔｅ插值曲率逼近的方法，获得点源目标实际运动轨迹；最后，利用Ｈａｎｓｄｏｒｆ．￣－离匹 配实际目标运动轨迹与曲线标准库轨迹，并根据匹配结果识别点源目标。 ［关键词］点源目标 运动模式／ｙ，￣ｌ】 匹配 ０．引言 根据目标的不同类型，对飞机本身有着不同的威胁。可以根据先验 知识，对已有的点源目标运动模式进行抽象，对自己所关注的目标运动 方式形成的曲线轨迹设定高威胁等级，对于非导弹目标的非噪声干扰 设定为低威胁等级，以便优先关注高威胁等级的目标。 当目标距离探测器越来越近的时候，会出现很强的“聚团效应”，在 目标的周同会形成大量的噪声干扰，使得目标在帧图像上的增大。系统 应当实时的进行目标威胁等级的更新，对于出现强聚团效应的目标，说 明点源目标在逐渐靠近飞行器，因此要提高该目标的威胁等级，以做出 快速的处理。威胁等级更新流程如图３所示： 点源运动目标检测的可用于远距离的导弹目标的识别，以方便提 前做出防御措施。但现在所有的点源目标检测仅仅能检测出点源静止 或运动的物体，但并不能指明此点源目标是否是所关注的点源目标而 不是其它噪声干扰，如具有某些运动规律的非目标点，因此需要对点源 目标的运动模式进行识别。 １．点源目标运动模式识别系统结构 点源目标的运动在摄像头探测器上仅仅表现于点源在二维坐标系 的运动，若探测器与点源目标的运动方式已知，则在探测器帧平面上经 过对帧序列的积分就可以形成一条固定的运动曲线。因此对已知运动 的探测器来说，可以对实测点源运动进行帧间积分后，进行曲线匹配来 识别其运动方式。点源目标运动模式识别的流程如图１所示： ｉ生 Ｉ Ｉ壹壁 竺 Ｉ 匪 图１点源目标运动模式识别系统结构 从图１可见，点源目标运动模式识别系统中主要包括三个部分：先 验知识收集与更新，识别特征提取和点源目标运动模式识别算法［１＿２］。 图３威胁等级更新流程 ３．基于三次Ｈｅｒｍｉｔｅ插值曲率逼近的匹配算法 １．１先验知识收集与更新 对所有可能的点源运动目标必须有足够的信息了解，包括其尺寸， 材料，运动状态等信息。并可根据其类型及伤害程度等对其威胁等级进 行初始化。使得检测的时候一开始就着重检测高威胁等级的目标。 １．２识别特征提取模块 此模块主要用于对先验知识库进行提取，建立识别目标运动模式 的最有用信息。针对本文方法即提取其运动规律，跟导弹目标运动规律 建立相对运动关系的数学模型，从而得到目标在摄像头帧平面上的相 对运动轨迹，从而建立标准的匹配模板库，用于后期的曲线匹配识别。 １＿３点源目标运动模式识别算法 点源目标运动模式识别算法是充分利用先验知识积累，进行曲线 匹配对目标的运动模式进行识别。并根据设计好的分类方法，递归的更 新每个候选目标的威胁等级，在系统要求做出威胁评判的时候，可以果 断的对最大威胁目标做出相应的措施。 根据对点源运动目标识别的研究，提出针对目标信息处理的模型， 主要针对于高威胁的运动目标。 图像中目标的形状可由其封闭的二维轮廓线全面、准确地描述，而 曲率可以唯一地决定曲线。对于一般的二次可微参数曲线，曲线上某一 点的曲率可以通过该点的一阶和二阶导数来计算 】。若是离散曲线，则 没有这样简单而直接的计算方法。通常采用线性插值方法对轮廓曲线 进行重采样来计算离散点曲率。 设平面内一圆弧，把相邻３个插值点看作一段圆弧上的３点，中间 点的一阶导数值为这一点所在圆弧的切线的斜率。假设圆弧上３点 为Ａ（ｘ ．．．Ｙ 一 ），Ｓ（ｘ ，ｙＪ，Ｃ（ｘ …Ｙ ），那么要求点Ｂ（ｘ…Ｙ）的导数值ｍ 。如图４所 一 。 Ｇ 图４三点插值求曲率示意图 具体算法： （１）连接ＡＢ，ＢＣ，并且找到ＡＢ的中点Ｅ，ＢＣ的中点Ｆ （２）求ＡＢ的中垂线ＥＯ，ＢＣ的中垂线ＦＯ，交于点Ｏ （３）连接ＯＢ，过点Ｂ作ＯＢ的垂线ＢＧ，那么ＢＧ就是所要求的切线． ＢＧ的斜率１１１ 就是所求。 曲率的计算：设插值曲线ｙ＝ｙ（ｘ）， 计算曲率的公式为ｋ： ｘ）Ｉ ｆｙ’（ｘ）『’ （１） …，如果给定了数据点ｐ （ ｙ ），ｉ＝Ｏ，１，…，ｎ＋ｌ，及其一阶导数值１ＴＩ （ｉ＝０，１， ｎ＋１）那么每个子区间Ｉｘ…Ｘ＋Ｉ］上的三次Ｈｅｒｍｉｔｅ插值曲线为： ｓ．（ｘ］＝Ｈｎ３（Ｘ） ＋Ｈｌ，３（ｘ）ｙ｜＋ｌ＋Ｈｚ３（Ｘ）ｍ ＋Ｈ （ｘ）ｍ ，（－－Ｏ，１，…，ｎ） （２） 图２目标识别的信息处理模型 如图２所示，信息处理模型会优先对高威胁的目标进行处理，以最 大限度的保证安全。 ２．威胁等级的确立 对差值曲线求导得 ｓ （ｘ）＝Ｈｑ３’（ｘ） ＋Ｈｌ，３’（ｘ）ｙ ＋Ｈｊ３’（ｘ）ｎｌ，＋Ｈ ３’（ｘ）１１１ 因此得 ｓ ’（ｘ１＝ｍ． （３） （４） 作者简介：方智文（１９８３一），男，汉族，湖南长沙人，硕士研究生，讲师，主要研究方向为检测枝术、嵌入式系统开发。成运（１９６６一），男，汉族，湖南娄底 人，博士后，教授，主要研究方向为多媒体技术，嵌入式系统。 ２５— 科技信息 博士・专家论坛 ｆ 、 Ｏｏ但由于物体破碎时的损耗和数据采集过程中产生的噪声，所以即使是 可拼合的轮廓线，其Ｈａｕｓｄｏｒｔｔ距离也不会是Ｏ，而是在一定的容差ｅ范 围之内。如果Ｈ（Ａ，Ｂ）＜ｅ，则将两段曲线段匹配。匹配过程流程如图５所 示： 一 （６） ～由上述公式可以看出第ｉ点的曲率与其临近点的曲率有关，因而 可以得出以下推理：在平面非规则曲线匹配中，给定了某个物体边界点 ｐｌｑ，ｐ…Ｐ Ｐ ｉ＝０，１，…，按下标ｉ从小到大依 ２一 ｎ＋ｌ每一点的顺序已经给定，次排列。如果相邻点ｐｉ－ｌ，ｐ…Ｐ Ｐ 在同一直线上，那么点Ｐ。的曲率为０：否 ＿＿ 一 则点Ｐ．的曲率由式ｐｉ－ｌ，ｐ…ＰＩｂＰ 这４个点决定，由于ｉ－０ １一，ｎ＋ｌ因此整 奎 图５曲线匹配流程图 ４．结束语 条曲线的曲率也就确定了，再利用了Ｈａｕｓｄｏｆｆ距离来进行曲率匹配判 定 。 Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离是一种定义于两个点集上的最大一最小距离，它主 要用于测量两个点集的匹配程度。已知两个有限点集Ａ＝ａ．，ａ２…ａ １和 Ｂ＝ｆｂｂｂ２…１）ｎ｝，则Ａ、Ｂ之间Ｈａｕｓｄｏｆｆ距离定义如下： Ｈ（Ａ，Ｓ）＝ｍａｘ（ｈ（Ａ，Ｂ），ｈ（Ｓ，Ａ）） （７） 式中：ｈ（Ａ，Ｂ）＝ｍａ３ ｍａｘ ｌｌａ－ｈｉｌ；ｈ（Ｂ，Ａ）＝ｍａｘ ｍｉｎ ｌｌｂ－ａｌｌ。ｌ１．１Ｊ为定义 …＇ …… 本文提出了全方位标准运动模板库的建立，用帧问积分形成的运 动曲线与标准模板库进行匹配，提出三次Ｈｅｒｍｉｔｅ插值的曲率逼近方法 进行曲线逼近，能较好的达到了点源目标运动模式识别的效果，并根据 目标的分类定义威胁等级，使系统优先处理高威胁等级的目标。 参考文献 ［１．Ｉ陈颖，刘镰斧，李在铭．一种微弱点运动目标的快速统计检测算 法．电子学报。２００１．Ｖｏ１．２９（１２）：１７０７－１７０９． 在点集Ａ和Ｂ上的某种距离范数，这里采用ｋ一范数，即欧氏距离。 由此可得，若定义一个点到一个有限集合的距离为该点与这个集合 所有点的距离的最小值，则ｈ（Ａ，Ｂ）为点集Ａ中的每个点到点集Ｂ的距 离的最大值，通过计算这 二者的最大值就可获得两个点集之间的匹配程 度。 两条附ｌ线轮廓ｉ，ｊ上＿卒』Ｊ始匹配曲线段上各点的曲率值构成两个点 集Ａ、Ｂ，Ａ＝ ｔ ｆＨ】 ））…ｃｉ（ｔ （ｍｚ））｝，Ｂ＝ｆ （ｎｔ））…ｃ】 （ｎ２））），通过计算Ａ、Ｂ之间 的Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离来表征两段曲线的相似程度。从理论上来讲，两个可匹 配的轮廓线应该是完全一样的，即两段轮廓线之间的Ｈａｌｔｓｄｏｒｆｆ距离为 （上接第２３页） 思维，将利人与利己完美的结合了起来，一般使用 者初次注册后，会获得一个免费的帐号，并获赠二十个阿堵物。通过网 站提供的搜索功能。我们可以找到相关书籍或是文献，然而点击下载即 可，这种文件一般为ｐｄｆ或是ｄｉｖｕ格式，和原书没有区别。每次下载一 个附件会扣除一个阿堵物，扣完后则无法再下载。这就需要使用者挣取 阿堵物，挣取阿堵物的办法是上传数典网站没有的书籍，上载一个附件 会获得五个阿堵物，此外发表原创文章也可以挣取阿堵物，但…般足通 过上传文件获得。因为网站如此运作，所以在很短的时间内其所拥有的 文献典籍数量就成几何级数的猛增，时至今日已经成为了中文网站中 最富影响力的资源平台。大部分我们在图书馆无法找到的基本典籍和 经典文献都可以从数典上获得，不仅如此数典还有域外汉籍的专栏，所 提供的文献可谓弥足珍贵。 ２．爱如生论坛：ｈｔｔｐ：／／ｆｏｒｕｍ．ａｔ０７．ｃｏｎｄｉｎｄｅｘ．ｐｈｐ ［２］陈非，敬忠良，李建勋．红外序列图像中缓动点目标的投影检测 算法及其改进．红外与毫米波学报，２００３，ｖｏ１．２２（２）：９６—１００． ［３］李红艳图像低信噪比点目标检测与跟踪算法研究．西安：西安电 子科技大学博士学位论文，２０００年１２月． ［４］钟圣芳，张兵，卢焕章．一种基于动态规划的点目标轨迹关联算 法．计算机测量与控制，２｛）０４，Ｖｏ１．１２（８）：７７２—７７４． ［５］朱延娟，周来水等基于Ｈａｕｓｄｏｒｆ距离的多尺度轮廓匹配算法 Ｉ Ｊｌ中国机械工程，２００４，１ ５（１７）：１５５３－１５６１． 基础工作，很多稀见的珍贵典籍都以数字化的形式公布于网络供 全世界学者研讨，不能不说是日本学界的义举。东京大学东洋文化研究 所汉籍全文影像库便是其中的最佳代表，通过其网站我们可以非常方 便的阅读其所收藏的绝大部分汉籍，其中不乏珍本，现在已经有一些网 友将之市 作为ｐｄｆ文件，在国学数典中就有一部分可以下载。 ４．日本京都大学贵重画像检索：ｈｔｔｐ：／／ｅｄｂ．ｋｕｌｉｂ．ｋｙｏｔｏ—ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｅｘｈｉｂｉｔ／ ｋｉｃｈＯＳｅａｒｃｈ／ｓｅｍ＇ｃｈ．ｈｔｍｌ ５．京都大学石刻检索：ｈｔｔｐ：／／ｋａｎｊｉ．ｚｉｎｂｕｎ．ｋｙｏｔｏ—Ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｄｂ—ｍａｃｈｉｎｅ／ ｉｍｇｓｒｖ／ｔａｋｕｈｏｎ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ ６．日本早稻田大学贵重画像检索：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｗｕ１．ｗａｓｅｄ／ｔ．ａｃ．ｊｐ／ｋｏｔｅｎ— ｓｅｋｉ／ｓｅａｒｃｈ．ｐｈｐ 爱如生网站的运行模式与国学数典大体相同，只是书籍容量远不 如后者丰富，不过其优点是有大量的文献可以免费下载，另外其也拥有 不少数典没有的文献，可为其补充。 ３．日本东京大学东洋文化研究所汉籍全文影像库：ｈｔｔｐ：／／ｓｈａｎｂｅｎ．ｉｏｃ． ｕ－ｔｏｋｙｏ．ａｃ．ｊ ｉｓｔ．ｐｈｐ 以上几种１３本在线资源的阅读方式与东京大学东洋文化研究所提 供资源大抵相同，只是后者目录比较明了，而东京大学和早稻田大学资 源没有具体目录，只有通过具体辞条的搜索才能明了。 注释 域外汉籍研究是近些年来迅速发展起来的新兴学科，按照南京大 学域外汉籍研究所所长张伯伟教授的解释，域外汉籍研究主要分为ｊ＿ 个部分：中国流播域外典籍研究、域外使用汉字书写古籍研究和域外汉 学家著述研究。我们比较关注的是前两项，这方面日本已经做了大量的 （上接第２４页） 艺术性与周校峰的还是有一定差距的，其动作的 编排不够流畅，动作与动作之间的连接还有些不合理的地方，均衡性也 不够好，从而影响了成套动作的艺术性。另外在队员的表现力上也可以 看出，胡欣在比赛中的表现力过于内敛，没有通过肢体和表情充分感染 裁判和观众，从而使成套动作的艺术性打了折扣。 ３．结论与建议 ①王元林先生曾撰写《＜中国历史地理＞课程的教学与实践》一文， 刊于《历史教学｝２００４年第十期，然而只是概括的叙述了历史地理课程 教学和实践的常规注意点，针对性不强，缺乏创新意见。笔者曾撰写《高 等院校“历史地理”课程教学法新探》（《河南科技大学学报・社科版》， ２００８年第三期）一文，对此略有涉及，并未展开。 ②拙作《＜四库全书＞史部地理类外所收地理类典籍总表》，未刊。 ３．２江苏选手胡欣的难度动作得分远低于其编排得分，说明其完成 质量不高，从而影响到了完成和难度两项得分。另外，胡欣的成套动作 编排的艺术性也要低于国内顶尖选手，艺术表现力也有待进一步提高。 建议江苏省今后要加强对教练员和选手的艺术的培养，同时提高动作 编排的艺术性以及选手的对动作的理解和表现力。 参考文献 ［】］国际体操联合会，中国健美操协会．ＦＩＧ２００９－２０１２竞技健美操 竞赛规则［Ｍ Ｊ．２００８ ３．１江苏省优秀选手胡欣的难度动作级别编排的分值与国内顶尖 选手之问有不小的差距，虽然Ｏ９版规则减少了难度动作的数量，但实 际上增加了难度的竞争程度。胡欣的难度动作组别选择更合理一些。建 议江苏省要加强男单运动员竞技素质的全面培养，尤其是难度动作分 值的提高。另外从组别的选择上来看，扬长避短也只是权宜之法，今后 还是要加强选手在力量方面的训练，补上这个“短”，才能真正提高选手 的竞争力。 一［２］刘爱梅，陈涛，韩宝红．竞技健美操男单运动员难度编排分析 ￡『』ｌ首都体育学院学报，２００６，１８（６）：１１９－１２０． ［３］许凌，在箴，喻家瑜．中国竞技健美操男单项目难度动作及价 值分析［Ｊ］．湖北体育科技，２００９，２８（２）：２４４—２４６． ２６—
