May 26, 2022

讓敵人隱形的軍事鷹眼!使用多光譜圖像處理算法進行目標檢測和跟踪


衛星遙測還可以使用多光譜成像技術來提高圖像信息的質量。 (圖片提供者/國家航天中心,經科技大觀園許可轉載,下同)

在戰場上,每一秒都可能是勝負的關鍵。因此,更快地捕捉敵人動向的方法成為了國防軍主要研發的重點。多光譜成像技術可以準確捕捉物體反射的光譜信息,在衛星、醫學、動植物識別等領域取得可行的成果。中正大學的一個研究團隊正在努力建立一個多光譜衝擊處理算法的數據庫,並希望將其應用於軍事目標的檢測和跟踪,以幫助前線士兵。

掌握物體的“本色”:多光譜成像技術

不管是印刷品的顏色不是你想像的,還是你在網上買的衣服顏色和你想像的不一樣,色差都是你日常生活中遇到的問題。這與傳統彩色圖像測量技術在檢測和再現上的差異有關,例如電腦電視上使用的RGB3原色模式和彩色打印的CMYK4顏色模式。設備。但只要我們回到作為視覺和顏色形成之源的光,我們就可以解決這些問題。

兩種模式最大的區別在於,三基色光模式的原理是紅、藍、綠光同時照亮視網膜,我們的眼睛將其感知為白光。在輔助模式下,將青色、洋紅色和黃色圖層塗上一層,使它們變黑。 RGB模式常用於屏幕等發光產品,CMYK模式用於打印。

大家都知道,光源照射物體後,會根據物體的特性而發生反射、吸收、透射。人眼接收物體反射的光,並分析視網膜通過大腦接收到的電子信號。創造對顏色的視覺感知。光是一種電磁波,不同顏色的光具有不同的頻率。所謂光譜就是物體的反射光譜、投影光譜或發射光譜。顧名思義,光譜圖像是每個像素都攜帶光譜信息的圖像。

所謂多光譜成像技術(multispectralimaging),可以捕捉到物體的原始顏色,之所以精彩,是因為它可以直接捕捉到圖像光譜的反射值。這個反射值是獨一無二的,不受不同品牌的捕獲技術和光源的影響,因此是高度準確的圖像信息。通常,光譜圖像的帶寬在可見光範圍內(380-780 nm)。根據定義,高光譜圖像通常是指由設備或設備捕獲的多光譜圖像數據。高光譜圖像基於算法。圖片。近年來,我們擁有的豐富的圖像信息為醫學圖像識別(早期癌症病變的診斷等)和衛星遙測帶來了巨大的好處。

從依靠人力到自動化目標識別算法傳遞給算法設備

自動目標識別(ATR)的起源可以追溯到二戰前的雷達(注1)。雷達的工作原理是向空間發射具有方向性的電磁能量。通過接收空間中物體反射的無線電波,計算出物體的方向、高度和速度,並檢測出物體的形狀。迄今為止,雷達探測技術依賴於訓練有素的操作人員來解讀雷達信號,如戰鬥機大小和型號識別,戰場同胞最先掌握敵軍陣營的部署情況。

然而,由於人類經驗最終有限,軍事目標檢測系統逐漸從人類識別發展為工作的算法或設備,自動識別技術ATR……精度更高、速度更快的ATR除了可以識別海陸空軍事武器外,還可以檢測動物、人類和植物等生物目標。目前,軍方通常僅使用一個波段的信息,例如近紅外或遠紅外光來識別目標。

雷達可以計算物體的方向、高度和速度,並檢測物體的形狀。圖片/ pixabay

使用多光譜成像技術打造鎖定目標的軍用鷹眼。

如果多光譜撞擊處理算法提供的豐富圖像信息能夠與ATR相結合,有望提高目標檢測精度,在戰場上佔據主動。但這不是一件容易的事。首先,由於軍用武器的空間有限,需要非常緊湊的光學設備來捕捉同一光路中不同波段的圖像。其次,多光譜圖像數據量巨大。因此,需要對不同的波長進行積分。它還利用波段圖像特徵準確識別純飛機、艦船、坦克、建築物等目標,還利用方法將復雜算法以高計算速度轉化為芯片,應用到真實武器上來做。考驗科學家的能力。

作為圖像識別技術專家,國立中正大學王向成教授的研究團隊建立了一套適用於分析各種物體特徵、物體檢測的高光譜圖像數據庫。然後,它創建了一個方便高效的模擬和計算平台,使軍事研究人員能夠進一步建立合適的 ATR 檢測方法。

該項目由三個子系統組成。子系統 1 是建立一個多光譜和高光譜圖像數據庫。與過去的雷達系統一樣,它依靠熟練的操作員發送存儲在大腦中的信息來比較和識別雷達信號。要訓練您的機器識別您的目標,您必須首先基於受信任的圖像數據庫提供它。為此,研究團隊拍攝了不同波段的不同目標,如電塔、水泥建築、海上船隻、不同天氣條件下的空中物體,陸地、海洋和空中的特徵。圖像數據庫。

上述圖像,然後覆蓋不同的頻段,然後可以通過子系統2進行高光譜擴展操作。在子系統2中,為了減少計算量,用戶可以設置多個選擇效果最好的頻段,以最大化目標與其背景的差異。這個過程就像是讓你的電腦玩“每個人都找到鎮流器”這個遊戲。這使計算機能夠學習如何快速識別在不同場景和天氣條件下指定的目標。

子系統 2 將受限頻帶中的原始多光譜圖像轉換為適合用作子系統 3 輸入的特定目標的高光譜圖像。借助這種友好直觀的圖形人機界面,軍事研究人員不斷地在復雜的圖像數據庫和算法庫中運行模擬,以找到針對不同目標的最佳算法,並為軍事研發需要一種節省時間的武器。

今天,王教授的研究團隊已經完成了三個子系統的搭建。該研究成果有望應用於各種陸、空、海導彈的設計與開發,ATR的設計與開發,以及各種圖像探測與搜索系統的開發,並成為新一代的鷹眼。增加。研究系統還可以幫助減少開發和測試時間。這有助於優化算法和高光譜波段。

[註解]
1、雷達(Radio Detection and Ranging,簡稱RADAR)是二戰前開始的一種探測技術。返回的無線電波可以計算物體的方向、高度和速度,並檢測物體的形狀。

本文經科技正佳園許可轉載。

(原文鏈接)

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新聞來源: yahoo