一种空间目标形心定位方法技术

本发明专利技术提供了一种空间目标形心定位方法，包括：步骤1、获取图像中的空间目标的外接矩形，将空间目标与背景区域分割；步骤2、通过梯度算子对空间目标进行边缘检测，将边缘点拟合成直线得到空间目标的帆板部分；步骤3、对边缘点进行配对，将配对的边缘点距离拟合为一条直线，得到空间目标本体与帆板的分界线，通过分界线将空间目标本体与帆板分离，得到空间目标本体；步骤4、基于主轴法完成空间目标本地的最小外接矩形的获取，计算最小外接矩形的形心，完成空间目标形心定位。本发明专利技术能够快速获取空间目标的最小外接矩形，误差在两个像素之内，从而完成空间目标的形心定位。从而完成空间目标的形心定位。从而完成空间目标的形心定位。

【技术实现步骤摘要】
一种空间目标形心定位方法


[0001]本专利技术涉及数字图像处理领域，特别涉及一种空间目标形心定位方法。

技术介绍

[0002]空间目标监视对于维护有限的轨道资源，避免发生空间碰撞有着重要的意义。作为监视手段之一的天基光电探测因其机动灵活的特性在空间目标监视领域有着广泛应用。通过天基系统光电观测成像的方式对空间目标进行探测是空间目标监视中的一项重要手段，然而当前目标检测领域针对空间目标的检测与定位方法不多，且适用性不强，传统的图像处理算法与基于深度学习的方法无法达到较好的检测效果。
[0003]针对于空间目标，目前检测方法有两种，一种是基于灰度信息的方法，一种是基于区域拟合的方法。基于灰度信息的定位方法基于目标的灰度信息，进而求得目标的质心位置。主要有灰度质心法、带阈值的灰度质心法、平方加权质心法等。由于此类算法的定位精度与目标的灰度信息有关，此方法适用于灰度分布较为均匀的目标。因为空间目标的灰度与材料特性有关，且在不同的角度下会呈现不同的亮度，因此灰度特征在时域上不具有稳定性，一般通过基于区域拟合的方法。现有算法考虑成像为圆或椭圆的空间目标，定位方法有高斯曲面拟合法、改进的高斯曲面拟合法、圆（椭圆）的拟合和基于几何特征的拟合法等。相对于远距离探测目标，在近距离探测中可以通过丰富的信息对目标的质心进行更精准的定位，并且可以获得目标的外形、面积、颜色等信息。随着光电望远镜性能的提升，如今已可拍摄到空间目标的高分辨率图像，基于此对空间目标进行定位、分析状态、估计三维姿态等，在空间态势感知中具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，提供了一种空间目标形心定位方法，针对于成像更为具体的空间目标，完成形心定位。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种空间目标形心定位方法，包括：步骤1、获取图像中的空间目标的外接矩形，将空间目标与背景区域分割；步骤2、通过梯度算子对空间目标进行边缘检测，将边缘点拟合成直线得到空间目标的帆板部分；步骤3、对边缘点进行配对，将配对的边缘点距离拟合为一条直线，得到空间目标本体与帆板的分界线，通过分界线将空间目标本体与帆板分离，得到空间目标本体；步骤4、基于主轴法完成空间目标本地的最小外接矩形的获取，计算最小外接矩形的形心，完成空间目标形心定位。
[0006]进一步的，所述步骤1的子步骤包括:步骤1.1、将图像进行二值化处理；步骤1.2、对图像中空间目标进行膨胀运算，得到膨胀图像；步骤1.3、对膨胀图像进行腐蚀运算，得到腐蚀图像，遍历腐蚀图像得到空间目标
的右下角坐标；步骤1.4、根据空间目标的右下角坐标遍历膨胀图像，得到空间目标的左上角坐标；步骤1.5、根据空间目标的左上角坐标与右下角坐标，即可得到空间目标的外接矩形。
[0007]进一步的，所述步骤1.3中，通过腐蚀运算将图像中空间目标缩小至1X1的孤立点，对腐蚀图像进行遍历，检测出值为1的点即为空间目标的右下角坐标。
[0008]进一步的，所述步骤1.4的具体步骤为：步骤1.4.1、将右下角坐标标记为a，从坐标a出发向上寻找，找到最后一个像素值为1的点后停止，得到坐标b；步骤1.4.1、从坐标b向左寻找，找到最后一个像素值为1的点后停止，得到坐标c；步骤1.4.1、从坐标c向上寻找，以坐标c的列坐标作为起始列，以坐标a的列坐标作为终止列，统计自起始列至终止列中是否有像素值为1 的点，如果有则继续向上寻找，否则停止，得到坐标d；步骤1.4.1、从坐标d向左寻找，以坐标d的行坐标作为起始行，以坐标a的行坐标作为终止行，统计自起始至终止行中是否有像素值为1的点，如果有则继续向左寻找，否则停止，得到坐标e，即空间目标的左上角坐标。
[0009]进一步的，所述步骤2的具体过程为：步骤2.1、采用图像梯度算子，对目标的边缘进行检测；步骤2.2、采用RANSAC的直线拟合方法，将边缘点拟合成两条直线，即描述空间目标的帆板的直线。
[0010]进一步的，所述步骤3的具体子步骤为：步骤3.1、沿帆板的直线的垂线配对边缘点，计算每对边缘点的欧式距离；步骤3.2、按照横坐标从小到大的顺序，对每对边缘点的欧式距离作散点图并拟合为直线；步骤3.3、通过直线即可区分空间目标的五部分，依次为左侧帆板的过渡段、左侧帆板的稳定段、本体段、右侧帆板的稳定段、右侧帆板的过渡段，从而得到空间目标本体与帆板的分界线；步骤3.3、沿分界线将空间目标分离得到空间目标本体。
[0011]进一步的，所述步骤3.1中，将帆板的直线的垂线角度作为扫描方向，每对边缘点均处于同一条扫描线；每对边缘点的欧式距离计算方法为：其中，分别为第i个边缘点的横纵坐标，分别为第j个边缘点的坐标，第i和第j个边缘点为配对边缘点。
[0012]进一步的，所述步骤4的子步骤为：步骤4.1、确定空间目标本体的水平主轴、垂直主轴以及旋转中心；步骤4.2、计算空间目标本体的外接矩形；
步骤4.3、以水平主轴为旋转轴逆时针旋转垂直主轴，每次旋转角度为1
°
，重复步骤4.1
‑
步骤4.2，直至旋转一周，得到不同角度下的空间目标本体的外接矩形；步骤4.4、比较不同角度下的空间目标本体的外接矩形，得到最小外接矩形；步骤4.5、计算最小外接矩形的形心，即空间目标的形心，完成空间目标形心定位。
[0013]进一步的，所述步骤4.1中，将空间目标视作密度均匀的平板，将其每一行的重心拟合成一条直线作为垂直主轴；将每一列的重心拟合成一条直线作为水平主轴，水平主轴与垂直主轴的交点为旋转中心。
[0014]进一步的，所述步骤4.2中，外接矩形的计算方法为：保持水平主轴的方向不变，将水平主轴向上平移，直至水平主轴与空间目标本体无交点时停止，作为外接矩形的上边界；将水平主轴向下移，直至水平主轴与空间目标本体无交点时停止，作为外接矩形的下边界；以水平主轴的垂线为斜率，作一条经过旋转中心的直线，将此直线向左平移，直至此直线与空间目标本体无交点时停止，作为外接矩形的左边界；将此直线向右平移，直至此直线与空间目标本体无交点时停止，作为外接矩形的右边界，即可得到外接矩形。
[0015]与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术无需缓冲时间、能够快速获取空间目标的最小外接矩形，误差在两个像素之内，从而完成空间目标的形心定位。无需图像处理库的支持，对于硬件的要求较低，适用于多种硬件平台。
附图说明
[0016]图1为本专利技术提出空间目标形心定位方法流程图。
[0017]图2为本专利技术一实施例中膨胀的结构元素。
[0018]图3为本专利技术一实施例中膨胀后图像覆盖的模板。
[0019]图4为本专利技术一实施例中腐蚀的结构元素。
[0020]图5为本专利技术一实施例中腐蚀后图像覆盖的模板。
[0021]图6为本专利技术一实施例中左上角坐标计算示意图。
[0022]图7为本专利技术一实施例中外接矩形示意图。
[0023]图8为本专利技术一实施例中梯度算子示意图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间目标形心定位方法，其特征在于，包括：步骤1、获取图像中的空间目标的外接矩形，将空间目标与背景区域分割；步骤2、通过梯度算子对空间目标进行边缘检测，将边缘点拟合成直线得到空间目标的帆板部分；步骤3、对边缘点进行配对，将配对的边缘点距离拟合为一条直线，得到空间目标本体与帆板的分界线，通过分界线将空间目标本体与帆板分离，得到空间目标本体；步骤4、基于主轴法完成空间目标本地的最小外接矩形的获取，计算最小外接矩形的形心，完成空间目标形心定位。2.根据权利要求1所述的空间目标形心定位方法，其特征在于，所述步骤1的子步骤包括:步骤1.1、将图像进行二值化处理；步骤1.2、对图像中空间目标进行膨胀运算，得到膨胀图像；步骤1.3、对膨胀图像进行腐蚀运算，得到腐蚀图像，遍历腐蚀图像得到空间目标的右下角坐标；步骤1.4、根据空间目标的右下角坐标遍历膨胀图像，得到空间目标的左上角坐标；步骤1.5、根据空间目标的左上角坐标与右下角坐标，即可得到空间目标的外接矩形。3.根据权利要求2所述的空间目标形心定位方法，其特征在于，所述步骤1.3中，通过腐蚀运算将图像中空间目标缩小至1X1的孤立点，对腐蚀图像进行遍历，检测出值为1的点即为空间目标的右下角坐标。4.根据权利要求2或3所述的空间目标形心定位方法，其特征在于，所述步骤1.4的具体步骤为：步骤1.4.1、将右下角坐标标记为a，从坐标a出发向上寻找，找到最后一个像素值为1的点后停止，得到坐标b；步骤1.4.1、从坐标b向左寻找，找到最后一个像素值为1的点后停止，得到坐标c；步骤1.4.1、从坐标c向上寻找，以坐标c的列坐标作为起始列，以坐标a的列坐标作为终止列，统计自起始列至终止列中是否有像素值为1 的点，如果有则继续向上寻找，否则停止，得到坐标d；步骤1.4.1、从坐标d向左寻找，以坐标d的行坐标作为起始行，以坐标a的行坐标作为终止行，统计自起始至终止行中是否有像素值为1的点，如果有则继续向左寻找，否则停止，得到坐标e，即空间目标的左上角坐标。5.根据权利要求1所述的空间目标形心定位方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程为：步骤2.1、采用图像梯度算子，对目标的边缘进行检测；步骤2.2、采用RANSAC的直线拟合方法，将边缘点拟合成两条直线，即描述空间目标的帆板的直线。6.根据权利要求1所述的空间目标形心定位方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋锐，韩璐瑶，李娇娇，刘路远，水云鹏，刘子凡，齐洋磊，
申请(专利权)人：陕西仙电同圆信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：