一种天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，包括以下步骤：(1)获取连续的N帧星图，经过图像去噪后，提取每帧星图中的星点目标；(2)将每帧星图中的星点目标按亮度排序，按照顺序采用三角匹配方法识别出每帧星图中的三颗恒星，并将在帧星图中都出现过的恒星作为基准恒星；(3)计算N帧星图中的基准恒星在星图上的位移像素距离，作为星图中所有恒星背景的运动速度；(4)根据运动速度信息，检测出星图中的空间目标；(5)获取空间目标的运动信息；本发明专利技术在空间目标检测的基础上，结合卡尔曼滤波对空间目标进行跟踪，为计算与持续更新空间目标在深空中的位置信息提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间目标识别
，更具体地，涉及一种天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法。
技术介绍
基于天基光学探测图像的空间目标识别技术正成为航空航天领域的研究热点。天基光学探测图像的主要背景为恒星星点，空间目标由于本身并不发光探测距离远可认为是暗弱点目标，在识别过程中无法依靠亮度或形状等信息区分空间目标与恒星星点，尤其是在处理序列星图的时很难识别跟踪空间目标。现有技术通过直接处理在轨卫星平台上的星敏感器拍摄的星空照片来找出其中空间目标，该技术扩展了星敏感器的应用，但主要依靠图像上拖长轨迹来判断是否为空间目标，当空间目标在星图中表现为与恒星相类似的点目标时，该方法不能适用。还有一类在轨空间目标识别方法，采用星图对齐的方法去除恒星背景，并采用多帧关联技术识别空间目标，但该类方法没有涉及序列帧图像中空间目标的跟踪问题。还有一类针对空间碎片光学探测器拍摄得到的图像，通过成像面上的拖长轨迹来识别空间碎片目标，该方法不能精确计算空间目标与星空背景中其他恒星的位置关联信息。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，其目的在于实现从星图的恒星背景中识别出空间目标并进行跟踪。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，具体包括如下步骤：(1)获取连续的N帧星图，经过图像去噪后，提取每帧星图中的星点目标；其中，N≥3；(2)对每帧星图中所有的星点按照亮度排序，采用三角匹配方法按照排序结果识别出三颗恒星；并将在每帧星图中都出现过的恒星作为基准恒星；(3)计算N帧星图中的基准恒星在星图上的位移像素距离L，根据位移像素距离获取星图中所有恒星背景的运动速度；(4)根据上述运动速度信息，识别出星图中的空间目标；(5)获取上述空间目标的运动信息，采用卡尔曼滤波器对空间目标进行跟踪。优选地，上述天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，其步骤(1)包括如下子步骤：(1.1)采用的高斯平滑滤波器对星图进行去噪处理；(1.2)获取星图分割阈值；(1.3)根据星图分割阈值，提取星图中的星点目标；(1.4)采用矩心算法计算获得星点目标的质心位置。优选地，上述天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，其步骤(1.2)中根据实时图像数据获取星图分割阈值Vth＝E+α×δ；其中，α是加权系数；E是图像像元灰度值的平均值，通过对整帧图像所有像元值f(i,j)进行加权取平均获得，δ是图像像元灰度值的方差，其中，m是指图像的行像素数，n是指图像的列像素数。优选地，上述天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，其步骤(1.3)包括如下子步骤：(1.3.1)从左至右、从上至下扫描星图，将灰度值大于星图分割阈值Vth的像素点进行标记；(1.3.2)采用四连通区域法，搜索扫描到的像素点的上、下、左、右四个邻近像素点，当这四个点中有一个像素点被标记，则复制该像素点的标记；(1.3.3)当像素点的上、下、左、右四个临近像素点有相同标记，则复制临近像素点所具有的标记；(1.3.4)当像素点的上、下、左、右四个临近像素点的标记不同，则复制位于当前像素点上方已标记像素点的标记，并将临近像素点所有的标记输入等价表作为等价标记；(1.3.5)重复步骤(1.3.1)～(1.3.4)，直至将整个星图扫描完。优选地，上述天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，采用矩心算法计算获得星点目标的质心位置，获得星点的质心坐标(x0,y0)；其中，y0=Σi=0lΣj=0lyjf(xi,yj)Σi=0lΣj=0lf(xi,yj);]]>其中，(xi,yj)为星点图像中第i行、第j列像素的坐标；f(xi,yj)为星点图像中第i行、第j列像素的灰度值；l是指质心计算选取窗口的大小；采用上述矩心算法计算目标点的位置，像素点距离实际星点中心越近，其灰度值就越高，其他像素的灰度值随着距离中心增加而降低。优选地，上述天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，其步骤(2)采用三角匹配的方法识别恒星，具体步骤为：(2.1)对星图中所有的点目标按亮度排序，按照亮度排序结果选取三颗恒星；(2.2)计算获取上述三颗恒星中的任意两颗恒星之间的角距θ12、θ23和θ13；其中，θ12是指第一恒星与第二恒星之间的角距，θ23是指第二恒星与第三恒星之间的角距，θ13是指第一恒星与第三恒星之间的角距；(2.3)将所述角距与导航星库中的角距比较容限ε进行比较，判断是否满足|θ12-E12|≤ε、|θ23-E23|≤ε且|θ13-E13|≤ε；若是，则进入步骤(2.4)；若否，则判定当前三颗恒星匹配失败，从星图中按亮度排序结果选取与上一次匹配的组合不同的三颗恒星组合，并进入步骤(2.2)；其中E12，E13，E23为导航星库中存储的任意导航星对角距，ε是指导航星库中的角距比较容限；(2.4)判断在导航库中是否有三角形{E12，E23，E13本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)获取连续的N帧星图，经过图像去噪后，提取每帧星图中的星点目标；其中，N≥3；(2)对每帧星图中的所有恒星点按亮度排序，采用三角匹配方法按照排序结果识别出三颗恒星；并将在每帧星图中都出现过的恒星作为基准恒星；(3)计算获取N帧星图中的基准恒星在星图上的位移像素距离L，根据所述位移像素距离获取星图中所有恒星背景的运动速度；(4)根据所述运动速度检测出星图中的空间目标；(5)获取所述空间目标的运动信息，采用卡尔曼滤波器对空间目标进行跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种天基光学序列图像中的空间目标检测跟踪方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)获取连续的N帧星图，经过图像去噪后，提取每帧星图中的星点目标；其中，N≥3；(2)对每帧星图中的所有恒星点按亮度排序，采用三角匹配方法按照排序结果识别出三颗恒星；并将在每帧星图中都出现过的恒星作为基准恒星；(3)计算获取N帧星图中的基准恒星在星图上的位移像素距离L，根据所述位移像素距离获取星图中所有恒星背景的运动速度；(4)根据所述运动速度检测出星图中的空间目标；(5)获取所述空间目标的运动信息，采用卡尔曼滤波器对空间目标进行跟踪。2.如权利要求1所述的空间目标检测跟踪方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下子步骤：(1.1)采用高斯平滑滤波器对星图进行去噪处理；(1.2)获取星图分割阈值；(1.3)根据所述星图分割阈值提取星图中的星点目标；(1.4)采用矩心算法计算获得星点目标的质心位置。3.如权利要求2所述的空间目标检测跟踪方法，其特征在于，所述星图分割阈值Vth＝E+α×δ；其中，α是加权系数；E是图像像元灰度值的平均值，通过对整帧图像所有像元值f(i,j)进行加权取平均获得，δ是图像像元灰度值的方差，其中，m是指图像的行像素数，n是指图像的列像素数。4.如权利要求3所述的空间目标检测跟踪方法，其特征在于，所述步骤(1.3)包括如下子步骤：(1.3.1)从左至右、从上至下扫描星图，将灰度值大于星图分割阈值Vth的像素点进行标记；(1.3.2)采用四连通区域法，搜索扫描到的像素点的上、下、左、右四个邻近像素点；当这四个点中有一个像素点被标记，则复制该像素点的标记；(1.3.3)当像素点的上、下、左、右四个临近像素点有相同标记，则复制临近像素点...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳琰，王成良，王树文，邵银波，闫世强，苏海军，朱勇，王志斌，唐瑭，李世飞，刘辉，姜海林，石斌斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42