基于背景的迷彩偽裝設(shè)計(jì)與綜合評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、隨著高科技的發(fā)展，應(yīng)用于衛(wèi)星和飛機(jī)上的探測(cè)與識(shí)別技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)電子化和數(shù)字化操作，而這些技術(shù)應(yīng)對(duì)于實(shí)戰(zhàn)的要求，包括對(duì)目標(biāo)或偽裝目標(biāo)的偵察和攻擊也逐步實(shí)現(xiàn)了高精度性和高實(shí)時(shí)性。面對(duì)這種挑戰(zhàn)，對(duì)偽裝技術(shù)的研究無論在科研還是軍事領(lǐng)域都具有重要意義。通過對(duì)現(xiàn)有偽裝技術(shù)以及裝備作戰(zhàn)需求的分析可知，軍事裝備能夠?qū)崿F(xiàn)隨著背景的變化實(shí)時(shí)生成與其相類似偽裝圖像的方案是研究的一個(gè)重要方向。如果要實(shí)現(xiàn)這種自適應(yīng)偽裝，不僅需要有快速響應(yīng)的顯示材料，而且需要能

2、夠迅速生成與背景性狀信息一致的偽裝圖像，另外對(duì)偽裝圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)以為背景決策出最佳的偽裝方案是偽裝技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。因此，提出了基于紋理合成快速優(yōu)化算法的迷彩偽裝技術(shù)以及迷彩偽裝綜合評(píng)價(jià)方法，并且分別通過理論分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算，對(duì)方法進(jìn)行論證。
　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　(1)根據(jù)動(dòng)物偽裝的視覺原理分析，能夠得到迷彩偽裝圖像的設(shè)計(jì)思路。在自然界中，許多動(dòng)物之所以難以將其與背景區(qū)分，主要由于在長(zhǎng)期的進(jìn)化演變過程中其表面

3、形成了與環(huán)境背景高度相似的外觀，這種外觀能表達(dá)出與背景一致的性狀特點(diǎn)。而在視覺領(lǐng)域，能夠表達(dá)事物性狀特點(diǎn)的屬性是紋理特征。因此，在設(shè)計(jì)生成迷彩偽裝圖像時(shí)，不僅要保留背景的顏色信息和斑點(diǎn)形狀信息，更重要的是將背景的紋理特征一致地表達(dá)出來，這也是本文在進(jìn)行迷彩偽裝設(shè)計(jì)時(shí)所遵循的原則。
　　(2)針對(duì)迷彩偽裝圖像與背景的融合性問題，提出了基于自適應(yīng)鄰域相似性的紋理合成方法，應(yīng)用該方法生成任意尺度與背景紋理特征相似的圖像。在合成過程中，采

4、用塊形編碼方法來提取樣本的紋理元，根據(jù)紋理元尺度確定匹配鄰域的大小;針對(duì)合成強(qiáng)邊緣紋理時(shí)存在的匹配不準(zhǔn)確現(xiàn)象，通過改進(jìn)的匹配準(zhǔn)則，分別利用像素均值和方差相似性以及紋理特征相似性來進(jìn)行鄰域匹配，提高合成質(zhì)量。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對(duì)比表明，基于自適應(yīng)鄰域相似性的紋理合成方法能夠更有效率地合成紋理圖像，同時(shí)該方法對(duì)于多種不同紋理樣本的合成都能取得很好的結(jié)果，具有更好的適用性。
　　(3)針對(duì)自適應(yīng)偽裝的實(shí)時(shí)性要求，在自適應(yīng)鄰域相似性紋理合成方法的基

5、礎(chǔ)上改進(jìn)鄰域的搜索機(jī)制，提出基于像素鄰域相關(guān)性的快速紋理合成方法。該搜索方法將目標(biāo)像素鄰域作為一個(gè)整體，利用紋理的局部相關(guān)性在樣本中搜索四個(gè)相關(guān)的候選鄰域，這樣每進(jìn)行一次合成搜索的次數(shù)僅為四次，若未能在樣本中搜索到滿足條件的像素，則利用螺旋線搜索機(jī)制尋找出滿足條件的像素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在保證合成質(zhì)量的基礎(chǔ)上，快速紋理合成方法大幅度縮短了計(jì)算的時(shí)間，并適合用于自適應(yīng)偽裝圖像的生成。
　　(4)為了解決顯示材料技術(shù)限制而產(chǎn)生的色差

6、以及應(yīng)用的通用性問題。采用改進(jìn)的聚類方法對(duì)實(shí)時(shí)合成的圖像進(jìn)行量化，將合成圖像中占比大的顏色作為初始聚類中心，建立聚類誤差函數(shù)來分別對(duì)圖像中的顏色聚類，直到迭代收斂，得到只包含幾種代表顏色的迷彩偽裝色。盡管最終偽裝圖像的顏色減少了，但是圖像的紋理特征信息依然得到保留，所以并未對(duì)偽裝效果造成影響。最終生成的迷彩偽裝圖像不僅降低了印染或顯示設(shè)備產(chǎn)生的色差影響，而且與傳統(tǒng)迷彩偽裝圖像設(shè)計(jì)方法相比，無論是紋理圖像的質(zhì)量還在合成的時(shí)間上都具有較大的

7、優(yōu)勢(shì)。
　　(5)根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取原則以及視覺識(shí)別機(jī)制的優(yōu)先級(jí)，綜合選取了亮度對(duì)比、顏色特征、紋理特征、邊緣形狀以及斑點(diǎn)尺寸作為評(píng)價(jià)的指標(biāo)，將背景與圖像在五個(gè)指標(biāo)下的特征相似性作為指標(biāo)的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集分別通過亮度對(duì)比值、顏色直方圖的交、紋理特征的Manhattan距離、不變矩特征向量的歐式距離以及db4小波分解來獲得。利用熵值權(quán)重法確定出背景中各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響權(quán)重，最后將指標(biāo)數(shù)據(jù)綜合成起來建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該體系為偽裝圖像綜

8、合評(píng)價(jià)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　(6)采用基于灰色聚類決策的偽裝綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)生成的偽裝圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。針對(duì)現(xiàn)有白化權(quán)函數(shù)灰色聚類出現(xiàn)的灰類數(shù)據(jù)的重合問題，提出中心白化權(quán)函數(shù)灰色聚類決策，將每一個(gè)灰類中心的最大值作為聚類節(jié)點(diǎn)，通過構(gòu)建評(píng)價(jià)測(cè)度矩陣，將最優(yōu)值劃到相應(yīng)灰類中，而處于同一灰類的對(duì)象則需要單獨(dú)比較聚類結(jié)果，最后根據(jù)不同的灰類等級(jí)確定最優(yōu)、次優(yōu)以及中、差的結(jié)果。通過對(duì)不同迷彩偽裝圖像的評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，可以為背景決策出最佳的偽裝方案，