呂城龍，李 凌，鄭自強

(1.陸軍工程大學 研究生院，南京 210007；2.陸軍工程大學 野戰(zhàn)工程學院，南京 210007)

1 引言

戰(zhàn)場目標的偽裝效果直接關(guān)系到其在戰(zhàn)斗中的生存概率，偽裝效果評估是有效檢驗偽裝效果的一種有效方式[1]?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭中，無人機在偵察、打擊等任務中發(fā)揮的作用越來越凸顯[2]，因此，建立一種基于無人機偵察視角的戰(zhàn)場目標偽裝評估方法很有必要。運用無人機傾斜攝影三維建模技術(shù)[3]，將被檢測對象數(shù)字化、三維化，生成戰(zhàn)場目標偽裝環(huán)境的三維成像效果[4]，能夠有效模擬偵察無人機對戰(zhàn)場目標的偵察場景。

現(xiàn)階段國內(nèi)外有大量對無人機傾斜攝影三維建模技術(shù)和偽裝效果評估技術(shù)的研究。Che Defu等[5]提出了一種無需人機交互的自動實現(xiàn)單個三維建筑模型的新方法；Jason S.Augustyn等[6]提出了利用VR技術(shù)輔助偽裝評估的方法。在三維偽裝效果評估方面，任光闊[7]運用計算機視覺和圖像處理技術(shù)，設計實現(xiàn)了一套面向空中偵察的偽裝效果可視與評估方案；涂建剛[8]提出了一種利用無人機航拍，生成高空光學偵察圖像的等效檢測方法。但在如何客觀綜合評估戰(zhàn)場目標的三維偽裝效果這一方面的研究還不夠完善。

為了有效評估戰(zhàn)場目標偽裝效果，本文中從目標與背景圖像的特征指標相似度入手[9]，運用系統(tǒng)評價方法手段[10]，建立單視角、多視角兩級目標偽裝評估模型，并以無人機對偽裝后的步戰(zhàn)車進行航線偵察為例，對模型的有效性進行了驗證。

2 基于AHP單視角目標偽裝評估模型

假設偵察無人機在一次戰(zhàn)場偵察任務中，對某一戰(zhàn)場目標隨機拍攝了m張照片(Z1,Z2,…,Zn)，在評估偽裝效果時共選取n個指標(q1,q2,…,qn)。

2.1 單視角目標偽裝評估指標相似度矩陣

(1)

(2)

2.2 單視角目標偽裝相似度評估

2.2.1單視角指標權(quán)重關(guān)系矩陣

依據(jù)層次分析法[11-12]，指標兩兩比較，形成的指標重要性關(guān)系矩陣A如式(3)所示。

(3)

指標兩兩比較時的重要性等級及賦值如表1所示。

表1 指標兩兩比較時的重要性等級及賦值

2.2.2矩陣一致性判斷

定義一致性指標CI，表示如式(4)所示:

(4)

其中: λmax為正互反矩陣A的最大特征根。

定義隨機一致性指標RI。樣本容量為1000的3～9階隨機矩陣的RI值如表2所示。

表2 矩陣階數(shù)為3～9的RI值

判斷一致性比率CR如式(5)所示:

(5)

若CR<0.1，檢驗通過，說明判斷矩陣有效；否則需對判斷矩陣進行調(diào)整后再進行一致性檢驗。

2.2.3指標權(quán)重向量求解

利用和法求解，對A的各行元素求和后歸一化，公式如式(6)所示:

(6)

利用和積法求解，首先對A的每一行進行歸一化，再按行相加求和歸一化，公式如式(7)(8)所示:

(7)

(8)

利用方根法求解，對A的各行元素求幾何平均后歸一化，公式如式(9)所示:

(9)

以上式(6)(7)(8)(9)中，i, j=1,2,…,n。

2.2.4單視角目標偽裝相似度

通過以上方法求解，可得權(quán)重向量矩陣W如式(10)所示:

W=(w1,w2,…,wn)T

(10)

則第i張照片中目標與背景的相似度YZ如式(11)所示:

YZ=YkW

(11)

3 基于AHP多視角目標偽裝評估模型

3.1 基于航跡的目標發(fā)現(xiàn)概率模型

(12)

(13)

(14)

(15)

式(15)中:ε、ρ均為調(diào)整系數(shù)。

3.2 多視角目標相似度權(quán)重

令不同照片之間相似度的權(quán)重矩陣V如式(16)所示：

V=(v1,v2,…,vn)T

(16)

對于目標發(fā)現(xiàn)概率較大的照片，在評估其相似度時賦予較大權(quán)重，反之，賦予較小權(quán)重，能夠更好地描述目標綜合相似度，由此可以分析出，vi與Pi為正相關(guān)關(guān)系。

令vi=ηPi，為常數(shù)，可得:

(17)

本文中假定vi與Pi的一次方成正比，據(jù)此可求得不同照片的權(quán)重vi如式(18)所示:

(18)

(19)

3.3 多視角目標偽裝綜合相似度

最終可得該戰(zhàn)場目標在此條航線偵察時多視角的綜合相似度YM如式(20)所示:

(20)

該評估模型總的思路流程如圖1所示。

圖1 評估模型流程圖

4 戰(zhàn)場目標三維偽裝評估案例

某一偵察無人機在某一地域沿航線飛行執(zhí)行目標偵察任務時，對某3個戰(zhàn)場目標(目標3是由目標1、2組成一個集群目標)共拍攝了6張航空照片，如圖2所示。評估目標與背景相似度時共選取了亮度差、平均輻射亮度差、紋理對比度、平滑度、熵、紋理角二階矩、紋理相關(guān)性、余弦相似度等8個評估指標[14-15]。多位專家對8個指標兩兩之間重要程度的判斷矩陣如式(21)所示。經(jīng)提取計算，3個戰(zhàn)場目標相對于背景的各指標絕對相似度如表3～表5所示。6張照片拍攝時飛機與目標的相對位置關(guān)系如表6所示。

表3 目標1絕對相似度參數(shù)表

表4 目標2絕對相似度參數(shù)表

表5 目標3絕對相似度參數(shù)表

表6 無人機相對于目標的位置關(guān)系

圖2 無人機拍攝戰(zhàn)場目標影像圖

(21)

第一步，對式(21)進行一致性檢驗。首先求得判斷矩陣的最大特征根，λmax=8.056 5，代入式(4)，得CI=0.008 1；查表2，得到RI=1.41，代入式(5)，得CI=005 7<0.1。此評估矩陣有效。

第二步，求單視角相似度。對式(21)求解，得到指標權(quán)重矩陣W。和法得到的解為W=(0.339 3，0.190 2，0.121 7，0.056 5，0.067 2，0.046 9，0.121 7，0.056 5)T；和積法得到的解為W=(0.344 8，0.193 4，0.117 4，0.057 9，0.065 0，0.046 1，0.117 4，0.057 9)T；方根法得到的解為W=(0.384 6，0.197 8，0.111 9，0.0498，0.056 5，0.037 7，0.111 9，0.049 8)T。根據(jù)式(11)，求得單視角相似度。本文中選用方根法所得解，可得目標1的單視角相似度為(0.945 3，0.951 7，0.956 2，0.956 2，0.905 7，0.886 0)；目標2的單視角相似度為(0.911 3，0.913 1，0.926 0，0.921 2，0.952 2，0.936 9)；目標3的單視角相似度為(0.936 7，0.965 7，0.958 6，0.966 2，0.971 8，0.951 0)。

第三步，求多視角綜合相似度。根據(jù)式(19)求得系數(shù)ρ=1 363，根據(jù)式(18)求得多視角目標相似度權(quán)重矩陣，V=(0.109 0，0.152 8，0.206 6，0.265 1，0.144 3，0.122 1)T。根據(jù)式(20)，求得目標1、2、3的綜合相似度分別為0.938 5，0.926 3，0.960 3。由此可知，偽裝效果從好到差依次為目標3、目標1、目標2。

5 結(jié)論

戰(zhàn)場目標偽裝效果評估是提高我軍戰(zhàn)場生存能力的重要保障，本文中提出了基于AHP的戰(zhàn)場目標三維偽裝效果評估方法，較好地解決了偽裝效果評估視角單一、主觀性過強等問題。文章基于無人機傾斜攝影技術(shù)進行偽裝場景三維建模，構(gòu)建了更加立體逼真的偽裝效果評估環(huán)境，這一多視角方法提供了更加豐富有效的評估信息；構(gòu)建AHP模型對單視角條件下偽裝效果進行評估，同時結(jié)合航跡發(fā)現(xiàn)概率進行相似度客觀賦權(quán)，實現(xiàn)了多視角條件下AHP相似度綜合評估。試驗表明，本文中多視角評估方法合理有效，能夠多角度、連續(xù)客觀地實現(xiàn)戰(zhàn)場目標偽裝效果綜合評估。該方法還可進一步推廣至戰(zhàn)場環(huán)境紅外、雷達偽裝效果評估問題。