摘  要： 介紹了基于跑道檢測(cè)的機(jī)場(chǎng)識(shí)別、基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場(chǎng)識(shí)別和基于模板匹配的機(jī)場(chǎng)識(shí)別，并結(jié)合圖像的類(lèi)型和圖像的分辨率對(duì)各識(shí)別方法進(jìn)行分析和比較，討論了機(jī)場(chǎng)識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用難點(diǎn)，并提出了對(duì)該問(wèn)題的思考和進(jìn)一步研究的設(shè)想。
關(guān)鍵詞： 機(jī)場(chǎng)識(shí)別；跑道檢測(cè)；機(jī)場(chǎng)特征

　在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，機(jī)場(chǎng)作為一種重要的交通設(shè)施和軍用設(shè)施，對(duì)它的自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別在飛機(jī)導(dǎo)航、軍事偵察和精確打擊等領(lǐng)域都有重要的實(shí)用價(jià)值[1]。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中，機(jī)場(chǎng)也具有極為重要的作用，機(jī)場(chǎng)識(shí)別在飛機(jī)自動(dòng)駕駛、機(jī)場(chǎng)定位導(dǎo)航等領(lǐng)域也具有重要作用，所以機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別一直是目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
我國(guó)對(duì)機(jī)場(chǎng)識(shí)別的研究雖然相對(duì)國(guó)外要晚一些，但是在眾多學(xué)者的不懈努力下，也提出了很多的檢測(cè)方法，到目前為止，機(jī)場(chǎng)跑道自動(dòng)識(shí)別的研究已經(jīng)很廣泛，并且取得了許多的成果，其中具有代表性的研究有：葉斌等人針對(duì)軍用機(jī)場(chǎng)的幾何結(jié)構(gòu)提出了機(jī)場(chǎng)檢測(cè)方法[2]；陳映鷹等人提出了一種利用圖像分割和目標(biāo)標(biāo)記方法進(jìn)行初始檢測(cè)，通過(guò)機(jī)場(chǎng)結(jié)構(gòu)信息和支持向量機(jī)進(jìn)行后續(xù)篩選的自動(dòng)檢測(cè)方法[3]；張立平等人通過(guò)自適應(yīng)閾值分割提取機(jī)場(chǎng)感興趣區(qū)域（ROI），然后提取ROI的尺寸、形狀、拓?fù)涮卣鞯人腿攵鏄?shù)進(jìn)行辨識(shí)，在大場(chǎng)景高分辨率圖像的機(jī)場(chǎng)識(shí)別中取得了較好的效果[4]。除了以上幾種具有代表性的研究方法外，還有基于句法的機(jī)場(chǎng)檢測(cè)方法[5]，將遙感圖像的融合應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)識(shí)別中的方法[6]以及基于小波變換的機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法[7]等。
1 機(jī)場(chǎng)特征識(shí)別的一般方法
1.1 機(jī)場(chǎng)的基本特征
　圖像特征對(duì)目標(biāo)能否正確識(shí)別有著重要的影響，對(duì)機(jī)場(chǎng)而言，目前對(duì)它提取的一些主要的特征集中在以下這些方面：
?。?）平行線(xiàn)特征：機(jī)場(chǎng)跑道的兩條較長(zhǎng)的邊緣是相互平行的，而且長(zhǎng)度基本一致，一般而言，主輔跑道也是相互平行的，中間通過(guò)連接道進(jìn)行連接。
?。?）灰度躍變特征：跑道區(qū)域內(nèi)的灰度大致相同，而與跑道兩側(cè)區(qū)域的草坪有較大差異，在圖像上反映為灰度的躍變，因此灰度躍變是機(jī)場(chǎng)跑道的另一重要特征。
?。?）寬度特征：在機(jī)場(chǎng)圖像中，跑道最寬，長(zhǎng)度也是一定的，其構(gòu)成的連通域的面積在機(jī)場(chǎng)圖像中一般是最大的，這是區(qū)別于公路等目標(biāo)的重要特征。
?。?）紋理特征：圖像在較大的區(qū)域內(nèi)灰度分布上呈現(xiàn)宏觀的周期性或結(jié)構(gòu)性的規(guī)律叫圖像紋理[8]。其對(duì)應(yīng)周期函數(shù)的周期或紋理基元大小和重復(fù)構(gòu)成的方向是圖像紋理的兩個(gè)最基本的特征。機(jī)場(chǎng)跑道和其周?chē)募y理是不相同的，因此，紋理特征也可以作為分析機(jī)場(chǎng)目標(biāo)的特征之一[9]。
?。?）拓?fù)涮卣鳎翰粫?huì)突然中斷，跑道和連接道之間有交叉，并連成網(wǎng)絡(luò)。
　根據(jù)上述對(duì)機(jī)場(chǎng)目標(biāo)特征的分析，可以對(duì)機(jī)場(chǎng)目標(biāo)做出如下的假設(shè)：跑道一般很長(zhǎng)，跑道兩條長(zhǎng)邊緣之間的距離在一定范圍內(nèi)；跑道的方向不發(fā)生顯著變化；跑道區(qū)域內(nèi)的灰度較均勻，且變換較為平緩，跑道區(qū)域與背景區(qū)域灰度差別較大；跑道的寬度基本一致且變化較慢。
在機(jī)場(chǎng)識(shí)別中，可借助機(jī)場(chǎng)跑道的基本特征進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證。
1.2 機(jī)場(chǎng)識(shí)別一般方法
　圖像識(shí)別的方法很多，目前應(yīng)用得較為廣泛的技術(shù)可概括為五種：統(tǒng)計(jì)（或決策理論）方法、結(jié)構(gòu)（或句法）方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊集識(shí)別法和人工智能方法[10]。而目前在實(shí)際應(yīng)用中機(jī)場(chǎng)識(shí)別的方法主要有三種：
?。?）基于跑道檢測(cè)的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　首先對(duì)輸入圖像進(jìn)行預(yù)處理，以減少相關(guān)噪聲的干擾，然后利用相關(guān)邊緣算子對(duì)圖像進(jìn)行處理得到邊緣圖，對(duì)獲取的邊緣圖像進(jìn)行有方向約束的邊緣跟蹤，找出所有可能的直線(xiàn)段，然后對(duì)這些直線(xiàn)段進(jìn)行連接性測(cè)試，將滿(mǎn)足一定條件的直線(xiàn)段合并成為一條連接鏈，作為最終的直線(xiàn)提取結(jié)果，然后提取出其所對(duì)應(yīng)的平行直線(xiàn)對(duì)（一般為最長(zhǎng)的平行直線(xiàn)對(duì)），最后根據(jù)機(jī)場(chǎng)的相關(guān)先驗(yàn)知識(shí)，通過(guò)設(shè)置置信參數(shù)，然后再進(jìn)行驗(yàn)證進(jìn)而判斷是否為機(jī)場(chǎng)目標(biāo)，具體的流程如圖1所示。

?。?）基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　一般而言，軍用機(jī)場(chǎng)的主要結(jié)構(gòu)由一個(gè)主跑道和一個(gè)輔跑道組成，而且它們之間相互平行，在主、輔跑道兩端由數(shù)條滑行道將它們連接起來(lái)，它們整體呈現(xiàn)出一個(gè)封閉的矩形結(jié)構(gòu)。軍用機(jī)場(chǎng)一般具有“日”、“目”等幾個(gè)形狀，另外在輔跑道一側(cè)一般有數(shù)個(gè)環(huán)狀的混凝土防彈機(jī)庫(kù)掩體群以及與外界相連的公路，這構(gòu)成了軍用機(jī)場(chǎng)的整體幾何結(jié)構(gòu)。基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法將機(jī)場(chǎng)組成部分之間的依賴(lài)關(guān)系應(yīng)用于識(shí)別技術(shù)中，具體流程圖如圖2所示。

?。?）基于模板匹配的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　目前在不同應(yīng)用領(lǐng)域有多種匹配算法，其中基于統(tǒng)計(jì)學(xué)理論的圖像匹配技術(shù)較為完善、有效[11-12]。這類(lèi)的匹配方法主要可以分為兩大類(lèi)：基于圖像灰度的相關(guān)匹配和基于圖像特征的匹配[13]?；诨叶认嚓P(guān)的圖像匹配方法，是采用某種相似度量方法，對(duì)模板與待匹配子圖的對(duì)應(yīng)像素的灰度值進(jìn)行比較，一般存在計(jì)算量大、難以實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)，有時(shí)候難以得到良好的匹配效果?；谔卣鞯钠ヅ浞椒ɡ每臻g位置相對(duì)不變的景物特征進(jìn)行匹配，在一定程度上可以克服實(shí)時(shí)圖和模板圖的誤差。匹配具體流程如圖3所示。

2 國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別研究現(xiàn)狀
　國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)場(chǎng)的研究已經(jīng)比較廣泛了，其中包括紅外影像、SAR影像的機(jī)場(chǎng)檢測(cè)等。其中具有代表性的有以下幾類(lèi)。
2.1 基于跑道檢測(cè)的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　王永剛等用改進(jìn)的Hough變換方法對(duì)機(jī)場(chǎng)圖像的邊緣檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，提取出機(jī)場(chǎng)跑道對(duì)應(yīng)的平行直線(xiàn)對(duì)，然后計(jì)算跑道中心線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)，作為種子點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，進(jìn)而識(shí)別主要的機(jī)場(chǎng)結(jié)構(gòu)[14]。其識(shí)別主要步驟為：首先進(jìn)行邊緣檢測(cè)，根據(jù)邊緣圖像提取直線(xiàn)，確定符合要求的平行線(xiàn)對(duì)，得到機(jī)場(chǎng)的一條跑道，然后，根據(jù)平行線(xiàn)對(duì)計(jì)算跑道中心線(xiàn)，以中心線(xiàn)上的點(diǎn)作為種子點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域的生長(zhǎng)，生長(zhǎng)成機(jī)場(chǎng)的整個(gè)跑道結(jié)構(gòu)。其中在直線(xiàn)提取步驟中，針對(duì)傳統(tǒng)Hough變換運(yùn)算量大的特點(diǎn)，對(duì)Hough變換做出了相應(yīng)的改進(jìn)。傳統(tǒng)Hough變換的基本思想是利用點(diǎn)線(xiàn)的對(duì)偶性，它把直線(xiàn)上點(diǎn)的坐標(biāo)變換到過(guò)點(diǎn)的直線(xiàn)的系數(shù)域，巧妙地利用了共線(xiàn)和直線(xiàn)相交的關(guān)系，使直線(xiàn)的提取問(wèn)題轉(zhuǎn)化為計(jì)數(shù)問(wèn)題。改進(jìn)的Hough變換不但利用梯度的幅度信息，而且利用其相位信息（傳統(tǒng)的Hough變化角是0°~180°，并且經(jīng)過(guò)邊緣提取后的所有邊緣點(diǎn)都要參與運(yùn)算）。而實(shí)際上僅僅是直線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的相位角對(duì)檢測(cè)直線(xiàn)有共線(xiàn)，如果事先利用直線(xiàn)的相位信息，把θ的取值范圍壓縮到直線(xiàn)相位鄰域內(nèi)一個(gè)較小的區(qū)間，將能有效地降低計(jì)算量。另外很多邊緣點(diǎn)并不能形成直線(xiàn)，比如許多孤立的點(diǎn)，借鑒相位編組法提取直線(xiàn)的思想，根據(jù)梯度相位信息把檢測(cè)出的邊緣點(diǎn)劃分到不同的編組區(qū)，對(duì)每個(gè)編組區(qū)分別進(jìn)行分析，找出最有可能出現(xiàn)直線(xiàn)的直線(xiàn)支持區(qū)，僅對(duì)直線(xiàn)支持區(qū)里的邊緣點(diǎn)按照它們所對(duì)應(yīng)的相位區(qū)間進(jìn)行計(jì)算，這樣將大大降低計(jì)算量。
　除上述的研究方法外，相似的研究還有很多。李小毛、唐延?xùn)|等人針對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道成像的線(xiàn)狀結(jié)構(gòu)和高灰度值的特征，提出了一種基于多尺度線(xiàn)狀目標(biāo)強(qiáng)化、并抑制其他的非現(xiàn)狀目標(biāo)的機(jī)場(chǎng)識(shí)別算法[15]；何勇等著重研究了機(jī)載SAR圖像中機(jī)場(chǎng)跑道的檢測(cè)方法，并針對(duì)機(jī)載SAR圖像中機(jī)場(chǎng)跑道灰度特征和直線(xiàn)特征很明顯的特點(diǎn)，進(jìn)行跑道邊緣直線(xiàn)的提取。為了抑制SAR圖像中噪聲的影響，文中提出了一種基于A/G（算數(shù)均值與幾何均值比）系數(shù)邊緣檢測(cè)的機(jī)場(chǎng)跑道檢測(cè)方法，采用非線(xiàn)性邊緣檢測(cè)技術(shù)和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)來(lái)檢測(cè)邊緣，最后利用Hough變換檢測(cè)平行直線(xiàn)確定跑道，并結(jié)合灰度特征和邊緣特征，通過(guò)區(qū)域生長(zhǎng)生成機(jī)場(chǎng)跑道的結(jié)構(gòu)[16]。羅軍在其論文里研究了從紅外機(jī)場(chǎng)圖像中自動(dòng)提取、識(shí)別跑道的算法，其中著重研究了通過(guò)直線(xiàn)檢測(cè)確定機(jī)場(chǎng)跑道的算法，最后根據(jù)機(jī)場(chǎng)跑道的固有特征，從而判定跑道區(qū)域，確定跑道攻擊點(diǎn)[17]。
2.2 基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　徐剛峰、王平等人基于跑道的骨架特征，對(duì)原始圖像進(jìn)行處理得到骨架圖，并檢測(cè)骨架分支基元，計(jì)算分支基元的顯著性度量，進(jìn)而建立分支基元的顯著性度量并建立分支基元之間的鄰接關(guān)系，再結(jié)合機(jī)場(chǎng)跑道所具有的幾何特征，采用脊柱基元表示條狀區(qū)域，將脊柱基元的寬度、長(zhǎng)度和方向信息作為脊柱基元的顯著性度量，然后借助先驗(yàn)知識(shí)來(lái)檢測(cè)主跑道的脊柱基元，從而對(duì)跑道進(jìn)行識(shí)別，將機(jī)場(chǎng)跑道區(qū)域的結(jié)構(gòu)骨架進(jìn)行多尺度表示，從而獲取更加有效完備的特征[18]。
　其他有代表性的研究還有很多。張?zhí)煨虻热颂岢隽艘环N基于仿射不變矩的紅外序列圖像機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別方法。該方法對(duì)圖像進(jìn)行多次雙閾值分割，再搜索潛在目標(biāo)區(qū)域輪廓，計(jì)算其仿射不變矩和目標(biāo)背景梯度特征，并利用相關(guān)的先驗(yàn)知識(shí)對(duì)各候選目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，最終獲得機(jī)場(chǎng)目標(biāo)[19]。張紹明等人提出了一種解決低信噪比、大尺寸的SAR圖像機(jī)場(chǎng)興趣區(qū)（ROI）自動(dòng)檢測(cè)的方法，對(duì)圖像進(jìn)行基于馬爾科夫場(chǎng)的分割，由目標(biāo)標(biāo)記方法確定ROI區(qū)域，用Hough變換檢測(cè)跑道平行線(xiàn)，濾除部分ROI，然后計(jì)算ROI候選區(qū)的跑道方法投影直方圖及目標(biāo)的寬、高、寬高比、目標(biāo)背景面積比和目標(biāo)背景灰度比5個(gè)參數(shù)，用支持向量機(jī)對(duì)樣本參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，完成ROI的最終判斷[20]。陳韶斌等人提出一種新的基于知識(shí)的機(jī)場(chǎng)目標(biāo)的識(shí)別方法，通過(guò)建立機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別庫(kù)，然后提取相關(guān)的特征后，運(yùn)用知識(shí)推理，通過(guò)相關(guān)知識(shí)確定機(jī)場(chǎng)各組成部分，最后驗(yàn)證各部分組成機(jī)場(chǎng)的可能性，判定是否存在機(jī)場(chǎng)目標(biāo)[21]。
2.3 基于模板匹配的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　葉勤等人采用基于內(nèi)容的圖像檢索方法，對(duì)雷達(dá)景象匹配數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像進(jìn)行興趣目標(biāo)的查詢(xún)檢索與識(shí)別。運(yùn)用迭代閾值和區(qū)域生長(zhǎng)的方法，進(jìn)行感興趣目標(biāo)的分離，為了在檢索過(guò)程中確定檢索目標(biāo)在圖像中的位置，預(yù)處理時(shí)，采用對(duì)同一幅圖像多幅子圖進(jìn)行特征提取的方法，通過(guò)子圖范圍來(lái)確定目標(biāo)在大幅圖像上的位置[22]?；趦?nèi)容檢索時(shí)根據(jù)圖像的內(nèi)容（紋理、形狀、顏色、語(yǔ)義等特征），在圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中找到需要的圖像，目的是從圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中提取與查詢(xún)內(nèi)容相關(guān)的圖像或圖像序列。檢索的過(guò)程為：處理圖像、提取圖像內(nèi)容、建立索引、將圖像數(shù)據(jù)庫(kù)中的圖像特征與例子匹配，確定相似的輸出結(jié)果。
　楊衛(wèi)東等人提出了一種雷達(dá)景象匹配定位方法，針對(duì)惡劣成像條件下的機(jī)場(chǎng)目標(biāo)實(shí)孔徑雷達(dá)圖像匹配問(wèn)題，提出一種基于目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別的定位方法，通過(guò)線(xiàn)特征濾波預(yù)處理和投影變換檢測(cè)機(jī)場(chǎng)跑道，再用模板匹配識(shí)別跑道端點(diǎn)以進(jìn)行定位，其中參考圖制備的準(zhǔn)確度和相似性程序尤為重要，對(duì)識(shí)別的準(zhǔn)確率有著很大的影響[23]。楊浩等人提出了基于模板搜索的高分辨率SAR圖像機(jī)場(chǎng)提取方法，設(shè)計(jì)出以尺度變換、邊緣檢測(cè)、短線(xiàn)提取、短線(xiàn)連接、平行線(xiàn)提取和驗(yàn)證識(shí)別等流程的機(jī)場(chǎng)提取方案。其中短線(xiàn)連接提出了一種基于模板搜索的直線(xiàn)連接方法，將短直線(xiàn)連接問(wèn)題轉(zhuǎn)化為模板參數(shù)空間里搜索峰值的問(wèn)題[24]。
2.4 結(jié)合新方法理論的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　除了上面幾類(lèi)較為典型的方法之外，在現(xiàn)代的一些圖像研究方法中，也引入了其他學(xué)科的許多概念方法，有的學(xué)者依據(jù)機(jī)場(chǎng)的紋理特征對(duì)機(jī)場(chǎng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，其中謝峰等人通過(guò)定義幾種小波紋理，提出了一種基于小波紋理與改進(jìn)FCM（模糊C均值聚類(lèi)）對(duì)SAR圖像進(jìn)行機(jī)場(chǎng)類(lèi)目標(biāo)識(shí)別的方法。首先利用小波算法對(duì)圖像進(jìn)行分解，從而得到不同方向上的小波頻帶，然后提取小波紋理進(jìn)行分析[25]。
　另外還有陳楸、王曉璨等人將引力場(chǎng)模型引入圖像匹配中，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的算法，基于引力場(chǎng)的模型可以直接建立圖像失配代價(jià)函數(shù)的梯度場(chǎng)，按照最優(yōu)估計(jì)理論，只要在正確匹配位置的收斂域內(nèi)，就可以沿最速下降路徑找到正確的匹配位置。借助慣性導(dǎo)航系統(tǒng)提供的機(jī)場(chǎng)預(yù)測(cè)位置可以減少Hough變換所需要的時(shí)間，保證實(shí)時(shí)性的要求[26]。馬洪超等人將兩種改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為算法工具，從TM機(jī)場(chǎng)影像中提取出相關(guān)特征，把相關(guān)的機(jī)場(chǎng)特征作為BP網(wǎng)絡(luò)的輸入，并對(duì)BP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練、測(cè)試和識(shí)別，然后在特征級(jí)信息融合技術(shù)框架下進(jìn)行機(jī)場(chǎng)識(shí)別研究，進(jìn)而識(shí)別出機(jī)場(chǎng)目標(biāo)[27]。王昭蓮等人提出一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的航拍機(jī)場(chǎng)跑道快速算法，首先采用二維熵閾值方法分割出目標(biāo)區(qū)域，利用Kirsch算子提取主要輪廓，再用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)操作對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行相關(guān)處理，最后通過(guò)提取平行直線(xiàn)對(duì)提出跑道候選區(qū)域，然后用跑道區(qū)域的灰度特征對(duì)候選區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)而識(shí)別出跑道[28]。
3 機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別的分析總結(jié)
3.1 機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法的分析比較
　上述的幾類(lèi)方法中可以看出，基于跑道檢測(cè)的方法原理上較為簡(jiǎn)潔，但是其成立的條件一個(gè)是機(jī)場(chǎng)跑道具有典型的直線(xiàn)特征，然而在實(shí)際情況中機(jī)場(chǎng)具有多樣性，更加的復(fù)雜，機(jī)場(chǎng)的直線(xiàn)特征可能并不明顯，而且在機(jī)場(chǎng)周?chē)埠苡锌赡艹霈F(xiàn)具有直線(xiàn)特征的目標(biāo)物，所以對(duì)設(shè)置的置信參數(shù)要求較高，這會(huì)使該識(shí)別算法的抗噪性下降；另一個(gè)條件是要求整個(gè)機(jī)場(chǎng)都出現(xiàn)在待識(shí)別的圖像中，如果圖像中沒(méi)有完整地機(jī)場(chǎng)跑道結(jié)構(gòu)，這種方法就無(wú)法做出正確的判斷，將會(huì)出現(xiàn)漏判的情況?？梢?jiàn)基于跑道檢測(cè)的機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法具有一定的局限性，一方面對(duì)圖像提出較高的要求，而且置信參數(shù)的設(shè)置對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)較大；另一方面要求整個(gè)機(jī)場(chǎng)跑道的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在待識(shí)別圖像中，而且具有典型的直線(xiàn)特征，面對(duì)單跑道或者更加復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)時(shí)適用性不強(qiáng)。這些問(wèn)題造成了該方法在實(shí)際的應(yīng)用中具有很大的局限性，只能在針對(duì)特定的機(jī)場(chǎng)目標(biāo)，如航拍圖像、紅外圖像以及一些質(zhì)量很好的遙感圖像才能取得較好的效果。
　基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場(chǎng)識(shí)別，利用機(jī)場(chǎng)的整體結(jié)構(gòu)特征，確定機(jī)場(chǎng)各組成部分的位置，使得機(jī)場(chǎng)識(shí)別更加可靠，而且該方法具有較大的靈活性，通過(guò)更新知識(shí)庫(kù)和采取合適的圖像特征，修改判別推理準(zhǔn)則，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同機(jī)場(chǎng)的識(shí)別。該方法要求獲取機(jī)場(chǎng)各部分的特征，這對(duì)圖像質(zhì)量也有較高的要求，而且同樣要求整個(gè)機(jī)場(chǎng)結(jié)構(gòu)均出現(xiàn)在待檢測(cè)的圖像中，否則不能準(zhǔn)確地檢測(cè)到機(jī)場(chǎng)的各個(gè)部件。當(dāng)出現(xiàn)多個(gè)疑似機(jī)場(chǎng)目標(biāo)時(shí)，通過(guò)置信度進(jìn)行選擇判斷，這也對(duì)置信度的設(shè)置提出了較高的要求。整體而言，基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場(chǎng)識(shí)別，通過(guò)將機(jī)場(chǎng)各部分之間的依賴(lài)關(guān)系應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)識(shí)別技術(shù)中，具有相對(duì)較高的的識(shí)別準(zhǔn)確率，而且通過(guò)知識(shí)庫(kù)的更新和圖像特征的選擇，具有較高的靈活性，但需要建立機(jī)場(chǎng)目標(biāo)相關(guān)的知識(shí)庫(kù)，對(duì)目標(biāo)機(jī)場(chǎng)的先驗(yàn)知識(shí)有一定的要求。
　基于模板匹配的機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法，通過(guò)建立模板庫(kù)，然后將其與待測(cè)的圖像進(jìn)行匹配，利用求得的最大相關(guān)系數(shù)進(jìn)行判斷識(shí)別。該方法的算法實(shí)現(xiàn)主要分為兩種，基于圖像像素相關(guān)信息的匹配和基于圖像特征的匹配。前者由于存在待測(cè)圖的相關(guān)信息容易受到客觀因素如天氣、光照以及獲取待測(cè)圖像時(shí)的角度位置等的影響，同時(shí)也較為容易受到噪聲的干擾，計(jì)算量也相對(duì)較大，難以保證實(shí)時(shí)性，而且其對(duì)模板庫(kù)中的模板圖要求較高，這些因素使得其有時(shí)候難以得到良好的匹配效果。而基于特征的匹配方法利用空間位置相對(duì)不變的景物特征進(jìn)行匹配，在一定程度上可以克服因待測(cè)圖和模板圖引起的誤差。但是其對(duì)模板庫(kù)同樣有較高的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的機(jī)場(chǎng)特征建立模板?？偟膩?lái)說(shuō)，基于模板匹配的機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法需要建立相關(guān)模板庫(kù)，對(duì)先驗(yàn)知識(shí)的要求很高，基于像素的模板匹配計(jì)算量大，而且噪聲的干擾和圖像結(jié)構(gòu)的千變?nèi)f化，使得模板匹配在復(fù)雜的情況下應(yīng)用有一定的困難，但在圖像質(zhì)量較好的特定機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別上具有一定的價(jià)值。
　結(jié)合新方法理論的機(jī)場(chǎng)識(shí)別，將當(dāng)前的一些新的方法理論應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)識(shí)別中，比如利用小波變換的多尺度特性去獲取待測(cè)圖像更為細(xì)致精確的紋理信息；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為目標(biāo)分類(lèi)判別的工具，在特征級(jí)信息融合技術(shù)框架下進(jìn)行機(jī)場(chǎng)識(shí)別研究。像這樣把新的方法理論應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)識(shí)別的具體方法還有很多，其在識(shí)別效果上相對(duì)而言都有一定的改進(jìn)，但有些方法也是在一定的范圍情況下適用，有些方法的復(fù)雜度相對(duì)較高，性能并不一定很好，這些都需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行選擇和判斷，整體上來(lái)說(shuō)，新的方法理論結(jié)合在機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別還是具有較大的價(jià)值，值得深入研究探討。
　通過(guò)上面的分析可以發(fā)現(xiàn)，基于跑道檢測(cè)的機(jī)場(chǎng)識(shí)別，其算法流程相對(duì)簡(jiǎn)潔，算法效率高，但是其抗噪性不強(qiáng)，很多參數(shù)需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置，應(yīng)用起來(lái)具有一定的局限性，在特定機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別上還是具有一定的價(jià)值。基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場(chǎng)識(shí)別，其識(shí)別準(zhǔn)確率以及靈活性相對(duì)基于跑道檢測(cè)的機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法具有較大的提高，但是需要建立知識(shí)庫(kù)，對(duì)先驗(yàn)知識(shí)有一定要求，而且要求獲取待測(cè)圖像中機(jī)場(chǎng)的各個(gè)組成部件，對(duì)圖像的質(zhì)量要求較高?；谀０迤ヅ涞姆椒?，需要建立模板庫(kù)，對(duì)機(jī)場(chǎng)目標(biāo)的先驗(yàn)知識(shí)要求更高，而且基于像素匹配的方法計(jì)算量較大，比較容易受到干擾，在實(shí)際應(yīng)用中具有很大的局限性。最后，結(jié)合了新的方法理論的機(jī)場(chǎng)識(shí)別，在機(jī)場(chǎng)識(shí)別過(guò)程的某個(gè)步驟中使用了新的方法理論，對(duì)提高機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確率有一定的幫助，但有的方法過(guò)于復(fù)雜，有的方法也存在計(jì)算量大等問(wèn)題，其適用性也需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究實(shí)驗(yàn)。
3.2 分辨率和圖像類(lèi)型對(duì)機(jī)場(chǎng)識(shí)別的影響
　在上述的研究中，有的是從灰度、紋理或者結(jié)構(gòu)等特征入手，有的是先檢測(cè)直線(xiàn)特征，然后在此基礎(chǔ)上再參考灰度特性等深入分析，需要預(yù)先設(shè)置相關(guān)的閾值等參數(shù)；有的檢測(cè)感興趣區(qū)域，然后通過(guò)先驗(yàn)知識(shí)等濾除虛假的候選區(qū)；有的通過(guò)圖像匹配，這就要求需要有模板圖像；在選擇一些較新的理論方法的識(shí)別算法中，與待測(cè)圖像也有著緊密的聯(lián)系。這些方法通常與待測(cè)圖像的質(zhì)量及圖像中機(jī)場(chǎng)的表面特性有關(guān)，下面就根據(jù)待測(cè)圖像的分辨率和圖像類(lèi)型進(jìn)行相關(guān)的討論研究。
3.2.1分辨率對(duì)機(jī)場(chǎng)識(shí)別的影響
　待測(cè)圖像的分辨率對(duì)機(jī)場(chǎng)識(shí)別的算法有一定的影響，在高分辨率的圖像中，機(jī)場(chǎng)可能只是圖像中一個(gè)很小的部分，如果對(duì)整幅圖像都進(jìn)行處理的話(huà)，計(jì)算量相對(duì)偏大，而且可能出現(xiàn)誤檢測(cè)。一般而言，首先需要對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，在預(yù)處理之后分割提取出包含機(jī)場(chǎng)目標(biāo)的感興趣區(qū)域，然后在感興趣區(qū)域上進(jìn)行相關(guān)后續(xù)的處理，從而獲得較快的處理速度，通常在分割提取感興趣區(qū)域的時(shí)候結(jié)合圖像的宏觀和微觀特征[29]進(jìn)行多尺度分析。在高分辨率圖像中，目標(biāo)地物與背景的灰度反差大，區(qū)分度好，但是噪聲也會(huì)相對(duì)多一些，這對(duì)機(jī)場(chǎng)目標(biāo)的準(zhǔn)確識(shí)別也存在一定的干擾。
　在低分辨率圖像中，圖像的細(xì)節(jié)并不豐富，在提取圖像的細(xì)節(jié)特征時(shí)，比如提取圖像的邊緣特征時(shí)，不能獲得足夠準(zhǔn)確有效的信息。例如在跑道的灰度范圍內(nèi)灰度值過(guò)渡比較平緩，目標(biāo)地物與背景地灰度差值也會(huì)相對(duì)小一些，這使得機(jī)場(chǎng)信息的提取難度加大，所以，提取代表機(jī)場(chǎng)跑道的直線(xiàn)特征，對(duì)直線(xiàn)及附近目標(biāo)進(jìn)行判斷，進(jìn)而識(shí)別機(jī)場(chǎng)的方法適用于小場(chǎng)景高分辨率圖像；而提取感興趣區(qū)域，進(jìn)而對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行分辨識(shí)別，其對(duì)圖像細(xì)節(jié)要求相對(duì)較低，相對(duì)而言適合在大場(chǎng)景低分辨率的圖像中的機(jī)場(chǎng)檢測(cè)。
總體而言，在識(shí)別機(jī)場(chǎng)時(shí)，不同分辨率的圖像識(shí)別效率是不一樣的，分辨率過(guò)低會(huì)造成機(jī)場(chǎng)信息的提取困難，過(guò)高則會(huì)造成噪聲過(guò)多。可以通過(guò)尋找一個(gè)相對(duì)較佳的分辨率，使得既可以清晰地分割出機(jī)場(chǎng)，又可以有效地抑制許多噪聲。
3.2.2 圖像類(lèi)型對(duì)機(jī)場(chǎng)識(shí)別的影響
?。?）紅外圖像中的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　目前，由于紅外成像條件和噪聲的干擾，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)成為復(fù)雜背景下的弱目標(biāo)，特別在遠(yuǎn)距離前視觀察條件下，得到的紅外圖像細(xì)節(jié)比較多，目標(biāo)和背景之間的界限相對(duì)模糊，而且由于成像器件固有的傳感器效應(yīng)和大氣輻射的影響會(huì)使紅外圖像產(chǎn)生很多噪點(diǎn)，紅外圖像目標(biāo)和背景的溫度差異明顯，在圖像中目標(biāo)和背景通常占據(jù)不同的灰度范圍，因此基于圖像邊緣點(diǎn)的處理相對(duì)而言要困難一些，在進(jìn)行處理之前，一般需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理，以去除噪聲、對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)。而通過(guò)提取感興趣區(qū)域的方法則成為一種相對(duì)有效的處理方法[30]。
?。?）雷達(dá)圖像中的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　雷達(dá)圖像由于具有不受自然光照和氣候條件影響的全天時(shí)、全天候成像的特點(diǎn)而被廣泛采用，但其具有受斑點(diǎn)噪聲影響明顯的特點(diǎn)，信噪比相對(duì)較低，所以在低對(duì)比度和低分辨率的雷達(dá)圖像中，經(jīng)典的邊緣檢測(cè)方法難以適應(yīng)，要完整地提取機(jī)場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征比較困難。而采用基于灰度的模板匹配也存在一定的局限性，尤其是對(duì)成像質(zhì)量較差、信噪比較低的實(shí)孔徑雷達(dá)，容易產(chǎn)生誤匹配，所以一般還是要進(jìn)行圖像的預(yù)處理，濾除噪聲干擾，或?qū)⒃紙D像進(jìn)行變換，將其轉(zhuǎn)換到其他的圖像參數(shù)空間進(jìn)行處理，或者在提取相關(guān)圖像特征之后，利用圖像的特征進(jìn)行匹配進(jìn)而識(shí)別判斷出機(jī)場(chǎng)目標(biāo)[31]。
?。?）可見(jiàn)光圖像中的機(jī)場(chǎng)識(shí)別
　可見(jiàn)光圖像包括全色、多光譜、專(zhuān)題掃描儀以及高分辨率成像儀所成的紅綠藍(lán)單色圖像。該波段圖像真實(shí)、細(xì)節(jié)相對(duì)豐富、直觀易判讀，有利于對(duì)機(jī)場(chǎng)的整體結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)，但受自然條件、時(shí)間、人為偽裝等因素影響很大，在惡劣天氣和夜晚會(huì)失去效能?？梢?jiàn)光傳感器能較好地獲取目標(biāo)外形尺寸，但不具備全天候和發(fā)現(xiàn)遮蔽目標(biāo)的能力，且可見(jiàn)光圖像易受光照強(qiáng)度變化、成像角度、目標(biāo)陰影、成像噪聲等諸多因素的干擾，故該類(lèi)傳感器使用范圍還是受到一定的限制[32]。
3.3 機(jī)場(chǎng)識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)
　機(jī)場(chǎng)識(shí)別是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其中比較關(guān)鍵的技術(shù)和難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
?。?）原始圖像的質(zhì)量
　原始圖像的質(zhì)量對(duì)機(jī)場(chǎng)是否能正確識(shí)別有著很大的關(guān)系，對(duì)后續(xù)處理有重要的影響。對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理能在使原始圖像的相關(guān)信息得到一定程度的增強(qiáng)，但并不能完全彌補(bǔ)原始圖像本身質(zhì)量不好的缺點(diǎn)。
?。?）準(zhǔn)確獲取機(jī)場(chǎng)相關(guān)特征
機(jī)場(chǎng)相關(guān)特征是進(jìn)行機(jī)場(chǎng)識(shí)別判斷的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確地提取機(jī)場(chǎng)的特征作為后續(xù)階段處理的依據(jù)，如何根據(jù)處理圖像的具體情況選擇圖像特征并進(jìn)行正確提取，在整個(gè)機(jī)場(chǎng)識(shí)別的過(guò)程中尤為關(guān)鍵。
　（3）準(zhǔn)確進(jìn)行分類(lèi)的判斷
在獲取圖像的相關(guān)特征之后，采用何種判斷識(shí)別的方法，對(duì)準(zhǔn)確識(shí)別機(jī)場(chǎng)目標(biāo)，提高判斷的準(zhǔn)確率、減少虛警率也有著重要的意義。
?。?）先驗(yàn)知識(shí)
　在上述的機(jī)場(chǎng)識(shí)別方法中，很多方法對(duì)先驗(yàn)知識(shí)具有一定的依賴(lài)性，先驗(yàn)知識(shí)越豐富，對(duì)機(jī)場(chǎng)的正確識(shí)別、減少誤判越有利。
4 對(duì)機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別的思考與展望
　在機(jī)場(chǎng)識(shí)別中，一般的研究流程為先設(shè)計(jì)算法再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但由于現(xiàn)實(shí)中機(jī)場(chǎng)的數(shù)量眾多，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，很難找到一種通用統(tǒng)一的算法，能對(duì)各種各樣的機(jī)場(chǎng)進(jìn)行判斷識(shí)別。而且在設(shè)計(jì)識(shí)別算法時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)非常有限，具有很大的局限性。在機(jī)場(chǎng)識(shí)別中，可以考慮先確定識(shí)別具體的機(jī)場(chǎng)目標(biāo)，然后再根據(jù)該機(jī)場(chǎng)的具體相關(guān)情況進(jìn)行機(jī)場(chǎng)識(shí)別的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這樣在設(shè)計(jì)機(jī)場(chǎng)識(shí)別算法時(shí)具有較強(qiáng)的針對(duì)性，而且算法中能擁有更豐富的先驗(yàn)知識(shí)。即便不能針對(duì)每個(gè)機(jī)場(chǎng)進(jìn)行具體的識(shí)別算法設(shè)計(jì)，也應(yīng)該按照機(jī)場(chǎng)的相關(guān)情況，進(jìn)行分類(lèi)。對(duì)每一類(lèi)機(jī)場(chǎng)有針對(duì)性地設(shè)計(jì)相關(guān)的識(shí)別算法，這對(duì)機(jī)場(chǎng)識(shí)別的實(shí)用性具有一定的幫助。
　在機(jī)場(chǎng)識(shí)別今后的發(fā)展中，一方面可以考慮充分利用不同類(lèi)型圖像的特點(diǎn)，進(jìn)行不同類(lèi)型圖像之間的信息融合[33]，可以提高從影像提取機(jī)場(chǎng)信息的可靠性和效率；另一方面也可以將多種方法結(jié)合，多學(xué)科知識(shí)結(jié)合，借助最新研究的方法工具和思路，比如基于分形理論、小波變換、引力場(chǎng)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像融合等進(jìn)行機(jī)場(chǎng)目標(biāo)識(shí)別。
　盡管我國(guó)機(jī)場(chǎng)識(shí)別研究已經(jīng)取得了不少的研究成果，但總體而言，離實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離，在提取方法的自動(dòng)化程度、準(zhǔn)確性、高效性、抗干擾性等方面還有很多的路要走。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)提取算法會(huì)不斷改進(jìn)，機(jī)場(chǎng)的識(shí)別能力也會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，在不久的將來(lái)將會(huì)從研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，體現(xiàn)出巨大的實(shí)用價(jià)值。
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