面向卫星星座的远距离图像多目标识别方法技术

本发明专利技术公开的一种面向卫星星座的远距离图像多目标识别方法，属于空间目标识别技术领域。本发明专利技术针对巨型星座卫星数量多且在视场内存在新生及消失行为，利用天基平台拍摄的卫星图像，通过提取四连通区域并对区域进行高斯扩散，获取多目标初步识别结果；用矩形框对结果进行描述，求取各目标的灰度直方图，获得高斯形式的似然函数；通过计算预测概率假设密获取目标的颜色测量值随机集合；将目标状态及量测描述为随机有限集的形式，利用高斯混合概率假设密度滤波器对卫星目标状态进行估计，避免目标数量多、数据关联易引发“数据灾难”的问题；考虑目标有新生及消失行为，将多目标整体进行跟踪，在数目和状态时变情况下对多目标进行准确、稳定的识别。稳定的识别。稳定的识别。

【技术实现步骤摘要】
面向卫星星座的远距离图像多目标识别方法


[0001]本专利技术涉及一种空间多目标跟踪方法，尤其涉及一种适用于复杂星空背景下多个弱成像目标的识别方法，属于空间目标识别


技术介绍

[0002]随着巨型卫星星座不断发展，星座内卫星数量大幅度增加，空间监视和态势感知变的越发重要。为了准确获取空间态势信息，提高安全持续监控能力，对空间多目标进行识别与跟踪变的尤为重要。利用近地轨道天基平台对低轨目标进行探测，具备测量精度高、隐蔽性强等优点，已成为空间目标跟踪监视的主要途径。但巨型星座卫星数量庞大，天基平台的探测范围有限，卫星在视场内存在新生及消失现象，导致对多目标跟踪困难。同时，深空探测跟踪成像距离远，真实目标在图像中往往呈现微弱点状，没有轮廓、纹理和形状特征，难以和恒星区分，导致检测困难。对卫星目标状态进行准确识别，是亟需解决的问题。
[0003]在已提出的多目标跟踪方法中，先技术(参见孔思捷.密集恒星背景下暗弱目标提取技术研究[D].2019.)提出一种结合背景杂波抑制的多目标快速检测技术，通过背景抑制结合轨迹关联，提取目标位置和航迹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向卫星星座的远距离图像多目标识别方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：运用帧差法对导航相机拍摄的图像进行预处理，对处理后的图像进行腐蚀操作，求取图像的四连通区域，所述四连通区域包括卫星四连通区域和恒星四连通区域，并将所述四连通区域定义为准目标；对所得准目标进行高斯扩散处理，使星点目标从少量像素扩散到多个像素，作为多目标初步识别结果；通过高斯扩散处理便于获取扩散后准目标的量测结果；步骤2：对步骤1得到的多目标的初步识别结果，分别用矩形框进行描述，以各矩形框的大小和位置作为多目标状态；求取各个矩形框的灰度直方图，面向对象为卫星星座，考虑到星座内卫星结构的一致性，对不同卫星采用同种模板灰度模型，用巴特查理亚距离表征目标和模板灰度直方图之间的相似度，并构建目标和模板之间高斯形式的相似度函数；获取图像的预测概率假设密度PHD并从其与似然函数乘积中收集峰值作为目标的颜色测量值随机集合；步骤3：将多目标状态及量测值描述为随机有限集的形式，利用高斯混合概率假设密度GMPHD滤波器对卫星目标状态进行估计，根据所述估计结果对复杂背景下多卫星目标进行跟踪，跟踪时无需对每个目标进行轨迹关联，从而减小运算量；估计包括预测和更新两个过程；预测过程中，根据k
‑
1时刻的后验强度获取高斯混合预测概率假设密度；更新过程中，利用步骤2获取的颜色测量值随机集合对高斯混合概率假设密度滤波器中的PHD进行更新，确定PHD中权值大于阈值的高斯分量，得到分量的均值集合，即为多目标位置估计结果，进而实现复杂星空背景下对远距离多目标的稳定跟踪。2.如权利要求1所述的面向卫星星座的远距离图像多目标识别方法，其特征在于：步骤1的具体实现方法为：步骤1.1对天基平台拍摄的卫星图像进行预处理，得到包含准卫星和恒星目标的检测结果；远距离空间目标在图像中往往呈现微弱点状，占少量像素，且没有轮廓、纹理和形状特征，远距离空间目标和恒星区分困难；同时，由于观测平台运动，跟踪目标不同观测帧之间星空背景具有相对运动；步骤1.1以高精度检测拟跟踪卫星为目标，同时消除部分恒星对跟踪的影响；运用帧差法对天基平台拍摄的卫星图像进行预处理，通过相邻帧作差消除部分恒星干扰，得到图像A；用结构元素B对图像A进行腐蚀操作，得到包含卫星及恒星的图像C，A用B腐蚀的结果是所有使B平移a后仍在A中的a的集合,满足：其中(
·
)
M
代表图像的像素矩阵，在步骤1卫星和恒星统称为准目标，求取C的四连通区域，得到准目标的识别结果，记为T
i
；步骤1.2对准目标进行高斯扩散处理，使星点目标从少量像素扩散到多个像素，作为多目标初步识别结果；由于步骤1.1提取到的准目标只占少量像素，不便于获得量测信息，采取离焦方法，将星点目标T
i
的单个像素扩散到多个像素，点扩散函数的高斯分布满足：
其中，E为目标的总能量，ρ表示点扩散函数的能量集中度，通过公式(2)保证扩散后像素的总能量接近T
i
的总能量，将扩散结果作为多目标初步识别结果，便于量测信息的获取。3.如权利要求2所述的面向卫星星座的远距离图像多目标识别方法，其特征在于：步骤2的具体实现方法为，步骤2.1用矩形框对步骤1的多目标识别结果进行描述，获取高斯形式的灰度似然函数；单个目标状态用如式(3)的矩形框进行描述：x＝{x
i
,y
i
,L
i
,H
i
},i＝1,2,...,n
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，n为步骤1.2初步识别的多目标数量，矩形框的中心和大小分别由{x
i
,y
i
}和{L
i
,H
i
}确定；将目标的灰度直方图表示为p(u)，模板的灰度直方图表示为q(u)，目标和模板之间的相似度函数用巴特查理亚距离来表征：面向对象为卫星星座，考虑到星座内卫星结构的一致性，对不同卫星采用同种模板灰度模型，灰度似然函数定义为：其中，P为当前图像，σ2为噪声方差；令v
k
(x)为时刻k的PHD,v
k|k
‑1(x)为时刻k的预测PH...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁子璇，石方圆，崔平远，朱圣英，徐瑞，葛丹桐，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：