專利名稱：深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸?方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前在航天領(lǐng)域科技飛速發(fā)展，特別是載人航天技術(shù)的成熟應(yīng)用，使得深 空探測(cè)技術(shù)顯得尤為重要。在我國(guó)，深空探測(cè)仍然是航天領(lǐng)域中的薄弱環(huán)節(jié)。 在衛(wèi)星軌道觀測(cè)中，所遇到的問題是如何在低信噪比條件下，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精密 跟蹤，從而得到目標(biāo)的軌跡。隨著深空探測(cè)設(shè)備的靈敏度不斷提高，科學(xué)級(jí)攝 像機(jī)的廣泛應(yīng)用，可觀測(cè)的星體個(gè)數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)，在視場(chǎng)中出現(xiàn)大量的星體， 如何從眾多的星體中區(qū)分出目標(biāo)星是深空探測(cè)首要解決的問題之一。其主要難 點(diǎn)是所有星體特征相同，尺寸較小，邊緣模糊，亮度變化不均勻且無(wú)規(guī)律性， 無(wú)形態(tài)學(xué)特征，與背景的對(duì)比度差，顆粒噪聲等局部干擾嚴(yán)重。對(duì)于深空探測(cè)中的目標(biāo)識(shí)別方法，國(guó)內(nèi)還沒有簡(jiǎn)便有效的方法來(lái)從眾多的 干擾星體中快速提取出所要跟蹤的真實(shí)目標(biāo)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在深空目標(biāo)軌跡探測(cè)過程中，能夠快 速將真實(shí)目標(biāo)和干擾目標(biāo)區(qū)分開來(lái)，從眾多的干擾星中識(shí)別出所要跟蹤目標(biāo)的 深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒?。在目?biāo)捕獲過程中，觀測(cè)設(shè)備是按照理論數(shù)據(jù)引導(dǎo)工作的，其指向隨著目 標(biāo)星的軌跡不斷變化。在相鄰幀圖像中，目標(biāo)星相對(duì)于視場(chǎng)是靜止不動(dòng)的，而 其它星體相對(duì)視場(chǎng)位置逐幀發(fā)生變化，但這些干擾星之間的相對(duì)距離和位置是 不發(fā)生變化的，或其相對(duì)位置變化極小，可忽略不計(jì)。根據(jù)深空探測(cè)圖像的這種特點(diǎn)，借助電子穩(wěn)像方法的思想，本發(fā)明的深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒ú捎萌缦虏襟E1) 連續(xù)采集圖像，選取相位有明顯變化的兩幀圖像，并根據(jù)圖像灰度分布 計(jì)算兩幀圖像的相移量；2) 將后一幀圖像按照相移量進(jìn)行相移補(bǔ)償，使前后兩幀圖像相位一致；3) 將兩幀圖像進(jìn)行相位抵消，并將相移補(bǔ)償后的圖像與前一幀圖像進(jìn)行灰 度值差分(相減)運(yùn)算；4) 在得到的差分圖像中查找像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域的中心 坐標(biāo)；5) 連續(xù)重復(fù)上述步驟3~5次，若所計(jì)算出的像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域相 對(duì)固定，則認(rèn)為該區(qū)域即是所要觀測(cè)的主跟蹤目標(biāo)所在位置，該目標(biāo)為真實(shí)目 標(biāo)。本發(fā)明首先計(jì)算出選取的兩幀圖像的相移量，將后一幀圖像按照相移量進(jìn) 行相移補(bǔ)償，使前后兩幀圖像相位一致。在相移補(bǔ)償后的兩幀圖像中，圖像的 背景和干擾星相互重疊，而目標(biāo)星在這兩幀圖像中的位置卻相對(duì)發(fā)生了變化。 將這兩幀圖像進(jìn)行相位抵消，將得到的數(shù)據(jù)存為一幅圖像。在這幅圖像中，大 部分區(qū)域灰度值都接近零，但在主跟蹤目標(biāo)出現(xiàn)的位置，則可以看到像元的灰 度值會(huì)發(fā)生劇烈變化，原因是在經(jīng)過相移補(bǔ)償、相位抵消步驟后，其它的星體 和背景均被抵消掉，但由于目標(biāo)星在兩幀圖像中位置不同，所以在抵消后仍然 可以明顯觀測(cè)到。這樣，通過將相移補(bǔ)償后的圖像與前一幀圖像進(jìn)行灰度值相 減運(yùn)算，查找像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域，并計(jì)算該區(qū)域的中心坐標(biāo)，就可以找 到所要觀測(cè)的主跟蹤目標(biāo)所在位置，將真實(shí)目標(biāo)與干擾目標(biāo)快速區(qū)分開來(lái)。所述的步驟1)中采用傅立葉變換方法根據(jù)圖像灰度分布計(jì)算兩幀圖像的 相移量。采用傅立葉變換方法計(jì)算兩幀圖像的相移量的優(yōu)點(diǎn) 1) 圖像頻率提取結(jié)果穩(wěn)定，計(jì)算的相移量準(zhǔn)確；2) 受圖像中的噪聲影響?。?) 傅立葉變換適于利用硬件實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算。


圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒ㄋ捎玫能浖鞒?b>具體實(shí)施方式
本發(fā)明的深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒ň唧w實(shí)現(xiàn)步驟如下1) 連續(xù)采集圖像，對(duì)于快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)星，記錄連續(xù)的兩幀圖像；對(duì)于慢 速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)星，則需要記錄連續(xù)的多幀圖像，選擇等間隔的圖像(如 選取第1幀和第5幀，第2幀和第6幀，等等)，保證所選取的兩幀圖 像的相位有明顯的變化。2) 計(jì)算兩幀圖像的相移差，具體方法如下兩幅圖像P。、 ^來(lái)自一個(gè)有限長(zhǎng)度的離散圖像序列，P。是原始圖像(即 第l幀圖像)，^是P。經(jīng)過平移之后得到的圖像(即第2幀圖像)。首先 將兩幅圖像的灰度值g。(x,j;)和&(;c,y)分別帶入二維傅立葉變換公式<formula>formula see original document page 5</formula>辦，計(jì)算出兩幅圖像的離散傅里葉變換<formula>formula see original document page 5</formula>其中l(wèi)/;，y;)代表坐標(biāo)為(x、 y)的圖像像元在頻域下的坐標(biāo)。 通過計(jì)算各自傅里葉變換的相位角變化來(lái)計(jì)算平移矢量^°)。兩幅存在純平移關(guān)系的圖像可以表示為
根據(jù)傅里葉變換的平移性質(zhì)，得<formula>formula see original document page 6</formula>(2)根據(jù)傅里葉反變換公式<formula>formula see original document page 6</formula>計(jì)算？(A,y;)的傅里葉反變換，得到<formula>formula see original document page 6</formula>這是一個(gè)以(x。,少。)為中心的單元脈沖。在圖像的傅里葉反變換結(jié)果數(shù)據(jù)中尋找峰值的位置坐標(biāo)P^，即兩幅圖 像的平移值。3)將后一幀的圖像按照上一步計(jì)算得到的平移值P^進(jìn)行平移，則可得到與前一幀圖像相位一致的圖像，即完成圖像的相位補(bǔ)償。設(shè)P。是兩幀圖像的相移偏差，貝U:其中g(shù);(x,力是&(x,y)相位補(bǔ)償后的圖像的灰度值。4) 將相位補(bǔ)償后的圖像與前一幀圖像灰度值進(jìn)行相減運(yùn)算。<formula>formula see original document page 6</formula>(5) 其中e(x,力是兩幀圖像相減后獲得的圖像灰度值，圖像中的灰度值為有符號(hào)數(shù)據(jù)。5) 在0(x,力中査找像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域，該區(qū)域既是所要觀測(cè)的主跟 蹤目標(biāo)坐標(biāo)。設(shè)該區(qū)域中心坐標(biāo)為("。，/ 。)，若該區(qū)域像元灰度值為負(fù)，則 表明在P。中，真實(shí)目標(biāo)出現(xiàn)在此區(qū)域，目標(biāo)在圖像^中的位置就是("。,/ 。)； 若該區(qū)域像元灰度值為正，則表明在S中，真實(shí)目標(biāo)出現(xiàn)在此區(qū)域，目標(biāo) 在圖像《中的位置就是<formula>formula see original document page 6</formula>
像元灰度突變區(qū)域中心坐標(biāo)可通過邊緣檢測(cè)、重心計(jì)算的方法獲得。6)連續(xù)重復(fù)上述步驟3 5次，若所計(jì)算出的目標(biāo)位置相對(duì)固定，則認(rèn)為目標(biāo)識(shí)別正確，目標(biāo)捕獲完成，系統(tǒng)可轉(zhuǎn)為目標(biāo)跟蹤階段。 本發(fā)明通過改變光電望遠(yuǎn)鏡捕獲電視分系統(tǒng)的捕獲計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。該捕獲計(jì)算機(jī)采用研華工控機(jī)，其主板PCA-6186; CPU: P43.2G;內(nèi)存DDR667MHz;硬盤80G;軟件環(huán)境windows xp+sp2， VC++6.0語(yǔ)言編程。所述的捕獲計(jì)算機(jī)軟件程序流程包括如下步驟a、 開始；b、 采集連續(xù)多幀圖像；C、按照望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)速度選擇兩幀圖像；d、 作頻域變換得到圖像的平移量；e、 根據(jù)步驟d得到的平移量對(duì)后一幅圖像進(jìn)行平移，進(jìn)行圖像相位補(bǔ)償；f、 進(jìn)行圖像灰度值相減，得到目標(biāo)星坐標(biāo)；g、 判斷對(duì)多幀圖像處理得到的結(jié)果是否相近，是則轉(zhuǎn)步驟h，否則返回步驟b;h、 輸出目標(biāo)星位置。
權(quán)利要求
1、一種深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒?，其特征在于采用如下步驟1)連續(xù)采集圖像，選取相位有明顯變化的兩幀圖像，并根據(jù)圖像灰度分布計(jì)算兩幀圖像的相移量；2)將后一幀圖像按照相移量進(jìn)行相移補(bǔ)償，使前后兩幀圖像相位一致；3)將兩幀圖像進(jìn)行相位抵消，并將相移補(bǔ)償后的圖像與前一幀圖像進(jìn)行灰度值差分運(yùn)算；4)在得到的差分圖像中查找像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域，計(jì)算該區(qū)域的中心坐標(biāo)；5)連續(xù)重復(fù)上述步驟3～5次，若所計(jì)算出的像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域相對(duì)固定，則認(rèn)為該區(qū)域即是所要觀測(cè)的主跟蹤目標(biāo)所在位置，該目標(biāo)為真實(shí)目標(biāo)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒?，其特征在于?述的步驟1)中采用傅立葉變換方法根據(jù)圖像灰度分布計(jì)算兩幀圖像的相移量。
全文摘要
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種深空探測(cè)中目標(biāo)真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒?，該方法首先連續(xù)采集圖像，選取相位有明顯變化的兩幀圖像，并根據(jù)圖像灰度分布計(jì)算兩幀圖像的相移量；然后將后一幀圖像按照相移量進(jìn)行相移補(bǔ)償，使前后兩幀圖像相位一致，將這兩幀圖像進(jìn)行相位抵消，將得到的數(shù)據(jù)存為一幅圖像，通過將相移補(bǔ)償后的圖像與前一幀圖像進(jìn)行灰度值相減運(yùn)算，查找像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域，并計(jì)算該區(qū)域的中心坐標(biāo)，就可以找到所要觀測(cè)的主跟蹤目標(biāo)所在位置，將真實(shí)目標(biāo)與干擾目標(biāo)快速區(qū)分開來(lái)。
文檔編號(hào)G01C11/00GK101158580SQ20071005629
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月12日
發(fā)明者姚志軍, 韓廣良, 韓秋蕾 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所