基于AHP方法的战场目标三维伪装效果评估_吕城龙.pdf

第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期：；修回日期：基金项目：军委科技委基础加强计划技术领域基金项目（）作者简介：吕城龙（），男，硕士研究生，：。通信作者：李凌（），男，副教授，硕士生导师，：。：基于 方法的战场目标三维伪装效果评估吕城龙，李 凌，郑自强（陆军工程大学 研究生院，南京；陆军工程大学 野战工程学院，南京）摘要：针对战场目标伪装效果评估视角单一、主观性过强等问题，基于层次分析法（）和航迹发现概率对战场目标三维伪装效果进行多视角评估研究。在利用无人机倾斜摄影技术对战场目标进行三维建模的基础上，模拟无人机航线侦察获得多视角侦察影像；综合提取影像中目标与背景的亮度、颜色、纹理等 个评估指标并计算相似度，采用 建立单视角特征相似度评估模型；基于航迹的目标发现概率模型，计算多视角目标相似度权重，构建了战场目标伪装效果多视角评估模型。通过案例分析，多视角评估方法能够实现战场目标伪装效果多角度、连续性客观综合评估。关键词：伪装效果评估；三维建模；单视角特征相似度评估；多视角评估本文引用格式：吕城龙，李凌，郑自强 基于 方法的战场目标三维伪装效果评估 兵器装备工程学报，（）：，（）：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：，（），：；引言战场目标的伪装效果直接关系到其在战斗中的生存概率，伪装效果评估是有效检验伪装效果的一种有效方式。现代战争中，无人机在侦察、打击等任务中发挥的作用越来越凸显，因此，建立一种基于无人机侦察视角的战场目标伪装评估方法很有必要。运用无人机倾斜摄影三维建模技术，将被检测对象数字化、三维化，生成战场目标伪装环境的三维成像效果，能够有效模拟侦察无人机对战场目标的侦察场景。现阶段国内外有大量对无人机倾斜摄影三维建模技术和伪装效果评估技术的研究。等提出了一种无需人机交互的自动实现单个三维建筑模型的新方法；等提出了利用 技术辅助伪装评估的方法。在三维伪装效果评估方面，任光阔运用计算机视觉和图像处理技术，设计实现了一套面向空中侦察的伪装效果可视与评估方案；涂建刚提出了一种利用无人机航拍，生成高空光学侦察图像的等效检测方法。但在如何客观综合评估战场目标的三维伪装效果这一方面的研究还不够完善。为了有效评估战场目标伪装效果，本文中从目标与背景图像的特征指标相似度入手，运用系统评价方法手段，建立单视角、多视角两级目标伪装评估模型，并以无人机对伪装后的步战车进行航线侦察为例，对模型的有效性进行了验证。基于 单视角目标伪装评估模型假设侦察无人机在一次战场侦察任务中，对某一战场目标随机拍摄了 张照片（，），在评估伪装效果时共选取 个指标（，）。单视角目标伪装评估指标相似度矩阵设 为第 个目标在第 张照片中的第 个指标的特征值，为第 张照片中背景的第 个指标的特征值，则第 个目标在第 张照片中与背景在第个指标的相似度 如式（）所示：（）由 构成的指标相似度矩阵 如式（）所示：|（）单视角目标伪装相似度评估 单视角指标权重关系矩阵依据层次分析法，指标两两比较，形成的指标重要性关系矩阵 如式（）所示。|（）指标两两比较时的重要性等级及赋值如表 所示。表 指标两两比较时的重要性等级及赋值 序号重要性等级赋值，两指标同样重要 指标比 指标稍重要 指标比 指标明显重要 指标比 指标强烈重要 指标比 指标极端重要 指标比 指标稍不重要 指标比 指标明显不重要 指标比 指标强烈不重要 指标比 指标极端不重要 注：可根据重要性等级不同，在（，）区间内赋予相应的其他数值 矩阵一致性判断定义一致性指标，表示如式（）所示：（）其中：为正互反矩阵 的最大特征根。定义随机一致性指标。样本容量为 的 阶随机矩阵的 值如表 所示。表 矩阵阶数为 的 值 阶数 判断一致性比率 如式（）所示：（）若 ，检验通过，说明判断矩阵有效；否则需对判断矩阵进行调整后再进行一致性检验。指标权重向量求解利用和法求解，对 的各行元素求和后归一化，公式如式（）所示：（）利用和积法求解，首先对 的每一行进行归一化，再按行相加求和归一化，公式如式（）（）所示：兵 器 装 备 工 程 学 报：（）（）利用方根法求解，对 的各行元素求几何平均后归一化，公式如式（）所示：（）（）（）以上式（）（）（）（）中，。单视角目标伪装相似度通过以上方法求解，可得权重向量矩阵 如式（）所示：（，）（）则第 张照片中目标与背景的相似度 如式（）所示：（）基于 多视角目标伪装评估模型 基于航迹的目标发现概率模型航空照片上目标的发现概率 与照片的亮度对比 和亮度对比域 密切相关，因亮度对比域 的分布规律近似遵从正态分布，因此 可利用该分布的概率密度函数积分求得，如式（）（）（）所示：（）（）（）（）（）其中，（）（，），()，（）。上式中：为目标与背景的真实亮度对比；为大气顶层至底层的气幕亮度系数；为底层大气的有效消光指数；为大气衰减常数；为照相距离；为 的等效高度或压缩高度；（，）为目标、背景的亮度系数，为弧分换算系数；为目标的顶视面积；为无人机拍摄照片时的俯仰角；为明视距离；为照片比例尺分母；为观察照片时的放大镜倍率。侦察无人机在对同一区域内目标执行区域普查任务时，可视、（，）、等参数为固定值，同一观察者观察目标时，又可视 为固定值，此时仅、为变量。由上式可得 的大致变化规律为随 增大而增大，随 增大而减小。由此可将上式中参数关系简化为如式（）所示：（）式（）中：、均为调整系数。多视角目标相似度权重令不同照片之间相似度的权重矩阵 如式（）所示：（，）（）对于目标发现概率较大的照片，在评估其相似度时赋予较大权重，反之，赋予较小权重，能够更好地描述目标综合相似度，由此可以分析出，与 为正相关关系。令 ，为常数，可得：（）本文中假定 与 的一次方成正比，据此可求得不同照片的权重 如式（）所示：（）根据指数函数特点，当 远小于 时，几乎无差别，当 远大于 时，差别悬殊，这 种情况计算出的照片权重，均不够客观。综合分析，只有当 在 附近时，才能够较为客观地反映出多视角照片的权重关系，因此系数 的赋值如式（）所示：（）多视角目标伪装综合相似度最终可得该战场目标在此条航线侦察时多视角的综合相似度 如式（）所示：（）该评估模型总的思路流程如图 所示。图 评估模型流程图 吕城龙，等：基于 方法的战场目标三维伪装效果评估 战场目标三维伪装评估案例某一侦察无人机在某一地域沿航线飞行执行目标侦察任务时，对某 个战场目标（目标 是由目标、组成一个集群目标）共拍摄了 张航空照片，如图 所示。评估目标与背景相似度时共选取了亮度差、平均辐射亮度差、纹理对比度、平滑度、熵、纹理角二阶矩、纹理相关性、余弦相似度等 个评估指标。多位专家对 个指标两两之间重要程度的判断矩阵如式（）所示。经提取计算，个战场目标相对于背景的各指标绝对相似度如表 表 所示。张照片拍摄时飞机与目标的相对位置关系如表 所示。|（）图 无人机拍摄战场目标影像图 表 目标 绝对相似度参数表 照片编号亮度差辐射亮度差纹理对比度平滑度熵纹理角二阶矩纹理相关性余弦相似度 表 目标 绝对相似度参数表 照片编号亮度差辐射亮度差纹理对比度平滑度熵纹理角二阶矩纹理相关性余弦相似度 兵 器 装 备 工 程 学 报：表 目标 绝对相似度参数表 照片编号亮度差辐射亮度差纹理对比度平滑度熵纹理角二阶矩纹理相关性余弦相似度 表 无人机相对于目标的位置关系 照片编号方位角（）俯仰角（）距离 第一步，对式（）进行一致性检验。首先求得判断矩阵的最大特征根，代入式（），得 ；查表，得到 ，代入式（），得 。此评估矩阵有效。第二步，求单视角相似度。对式（）求解，得到指标权重矩阵。和法得到的解为 （，）；和积法得到的解为 （，.，）；方根法得到的解为 （，）。根据式（），求得单视角相似度。本文中选用方根法所得解，可得目标 的单视角相似度为（，.，）；目标 的单视角相似度为（，）；目标 的单视角相似度为（，.，）。第三步，求多视角综合相似度。根据式（）求得系数 ，根据式（）求得多视角目标相似度权重矩阵，（，）。根据式（），求得目标、的综合相似度分别为 ，.，。由此可知，伪装效果从好到差依次为目标、目标、目标。结论战场目标伪装效果评估是提高我军战场生存能力的重要保障，本文中提出了基于 的战场目标三维伪装效果评估方法，较好地解决了伪装效果评估视角单一、主观性过强等问题。文章基于无人机倾斜摄影技术进行伪装场景三维建模，构建了更加立体逼真的伪装效果评估环境，这一多视角方法提供了更加丰富有效的评估信息；构建 模型对单视角条件下伪装效果进行评估，同时结合航迹发现概率进行相似度客观赋权，实现了多视角条件下 相似度综合评估。试验表明，本文中多视角评估方法合理有效，能够多角度、连续客观地实现战场目标伪装效果综合评估。该方法还可进一步推广至战场环境红外、雷达伪装效果评估问题。参考文献：胡江华，贾其，李凌，等 伪装技术 北京：兵器工业出版社，：，：，：姜进晶，汪民乐，姜斌 无人机作战运用研究 飞航导弹，（）：，（）：范伦 无人机倾斜摄影三维建模技术及认识 测绘与空间地理信息，（）：，（）：赵振南 浅析无人机倾斜摄影测量三维建模技术 科技创新与生产力，（）：，吕城龙，等：基于 方法的战场目标三维伪装效果评估 ，（）：，（）：任光阔 面向空中侦查的伪装效果可视分析与评估技术和系统 杭州：浙江大学，：，涂建刚，徐成，汪辉，等 无人机等效模拟高空侦察设备光学成像方法 系统仿真学报，（）：，（）：余松林，陈玉华，王吉军，等 基于多特征统计方法的光学图像相似度评估 研究防护工程，（）：，（）：谭跃进，陈英武，罗鹏程，等 系统工程原理 北京：科学出版社，：，：，：，（），（）：樊仲谋 摄影测树原理与技术方法研究 北京：北京林业大学，：，焦学勇 迷彩评价指标研究及伪装效果评估 沈阳：东北大学，：，李中华，喻钧，胡志毅，等 一种迷彩伪装效果评价指标权重分配算法 火力与指挥控制，（）：，（）：科学编辑 武国晶（无锡联保中心高级工程师）责任编辑 胡君德兵 器 装 备 工 程 学 报：