基于背景的迷彩偽裝設(shè)計與綜合評價方法研究.pdf

1、隨著高科技的發(fā)展，應(yīng)用于衛(wèi)星和飛機上的探測與識別技術(shù)已經(jīng)完全實現(xiàn)電子化和數(shù)字化操作，而這些技術(shù)應(yīng)對于實戰(zhàn)的要求，包括對目標或偽裝目標的偵察和攻擊也逐步實現(xiàn)了高精度性和高實時性。面對這種挑戰(zhàn)，對偽裝技術(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)隨著背景的變化實時生成與其相類似偽裝圖像的方案是研究的一個重要方向。如果要實現(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，另外對偽裝圖像進行評價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價方法，并且分別通過理論分析和實驗計算，對方法進行論證。
　　本論文的主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　(1)根據(jù)動物偽裝的視覺原理分析，能夠得到迷彩偽裝圖像的設(shè)計思路。在自然界中，許多動物之所以難以將其與背景區(qū)分，主要由于在長期的進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，這種外觀能表達出與背景一致的性狀特點。而在視覺領(lǐng)域，能夠表達事物性狀特點的屬性是紋理特征。因此，在設(shè)計生成迷彩偽裝圖像時，不僅要保留背景的顏色信息和斑點形狀信息，更重要的是將背景的紋理特征一致地表達出來，這也是本文在進行迷彩偽裝設(shè)計時所遵循的原則。
　　(2)針對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;針對合成強邊緣紋理時存在的匹配不準確現(xiàn)象，通過改進的匹配準則，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行鄰域匹配，提高合成質(zhì)量。經(jīng)過實驗對比表明，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，同時該方法對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)針對自適應(yīng)偽裝的實時性要求，在自適應(yīng)鄰域相似性紋理合成方法的基

5、礎(chǔ)上改進鄰域的搜索機制，提出基于像素鄰域相關(guān)性的快速紋理合成方法。該搜索方法將目標像素鄰域作為一個整體，利用紋理的局部相關(guān)性在樣本中搜索四個相關(guān)的候選鄰域，這樣每進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制尋找出滿足條件的像素。實驗結(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算的時間，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。采用改進的聚類方法對實時合成的圖像進行量化，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)計方法相比，無論是紋理圖像的質(zhì)量還在合成的時間上都具有較大的

7、優(yōu)勢。
　　(5)根據(jù)評價指標的選取原則以及視覺識別機制的優(yōu)先級，綜合選取了亮度對比、顏色特征、紋理特征、邊緣形狀以及斑點尺寸作為評價的指標，將背景與圖像在五個指標下的特征相似性作為指標的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集分別通過亮度對比值、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評價指標的影響權(quán)重，最后將指標數(shù)據(jù)綜合成起來建立評價指標體系，該體系為偽裝圖像綜

8、合評價提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　(6)采用基于灰色聚類決策的偽裝綜合評價方法對生成的偽裝圖像質(zhì)量進行評估。針對現(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，將每一個灰類中心的最大值作為聚類節(jié)點，通過構(gòu)建評價測度矩陣，將最優(yōu)值劃到相應(yīng)灰類中，而處于同一灰類的對象則需要單獨比較聚類結(jié)果，最后根據(jù)不同的灰類等級確定最優(yōu)、次優(yōu)以及中、差的結(jié)果。通過對不同迷彩偽裝圖像的評價實驗，可以為背景決策出最佳的偽裝方案，