專利名稱：復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于深空探測(cè)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用圖像處理技術(shù)在復(fù)雜星空背景下自動(dòng)識(shí)別被跟蹤衛(wèi)星，從而實(shí)現(xiàn)被跟蹤衛(wèi)星穩(wěn)定捕獲的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置。
背景技術(shù)：
地球軌道被大量衛(wèi)星環(huán)繞，為了掌握各個(gè)衛(wèi)星在空間的運(yùn)行軌道，需要利用地面大量光學(xué)測(cè)量設(shè)備對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行監(jiān)控測(cè)量，更新軌道運(yùn)行數(shù)據(jù)，掌控衛(wèi)星當(dāng)前動(dòng)態(tài)信息。衛(wèi)星跟蹤技術(shù)中兩大關(guān)鍵技術(shù)衛(wèi)星捕獲及衛(wèi)星跟蹤技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)全自動(dòng)衛(wèi)星捕獲技術(shù)尚無(wú)文獻(xiàn)可查閱到。由于衛(wèi)星跟蹤都在夜間完成，因此成功研制全自動(dòng)捕獲衛(wèi)星技術(shù)將會(huì)節(jié)約大量人力物力資源。光學(xué)測(cè)量設(shè)備對(duì)深空目標(biāo)測(cè)量時(shí)視場(chǎng)內(nèi)將會(huì)出現(xiàn)大量目標(biāo)，由于引導(dǎo)數(shù)據(jù)存在偏差，按照引導(dǎo)數(shù)據(jù)等待目標(biāo)，目標(biāo)位置難以出現(xiàn)在視場(chǎng)中心，實(shí)際情況目標(biāo)經(jīng)常超出視場(chǎng)范圍內(nèi)，此時(shí)需要在引導(dǎo)數(shù)據(jù)鄰近區(qū)域重新搜索目標(biāo)。由于光學(xué)成像中很多恒星的亮度和尺寸超過(guò)了被識(shí)別衛(wèi)星，常規(guī)重心跟蹤、相關(guān)跟蹤、邊緣跟蹤方法難以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的捕獲功能。 因此如何發(fā)明一種利用光學(xué)測(cè)量設(shè)備在復(fù)雜背景下快速準(zhǔn)確識(shí)別衛(wèi)星的算法成為非常重要的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠在復(fù)雜背景下降低干擾目標(biāo)的影響，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星自動(dòng)跟蹤的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置可采用下述三種技術(shù)方案。技術(shù)方案一本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置包括預(yù)處理單元將光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于等待捕獲狀態(tài)時(shí)前一幀圖像作為參考幀圖像； 將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成N個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的各區(qū)域?qū)?yīng)于當(dāng)前幀圖像的各區(qū)域；求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若識(shí)別到目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字， 使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；若在指定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)差分圖像中始終無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則發(fā)送捕獲失敗命令字。技術(shù)方案二本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置包括
預(yù)處理單元將光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于引導(dǎo)捕獲狀態(tài)時(shí)前一幀圖像作為參考幀圖像； 將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成N個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的各區(qū)域?qū)?yīng)于當(dāng)前幀圖像的各區(qū)域；求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若識(shí)別到目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字， 使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；若在指定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)差分圖像中始終無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則發(fā)送捕獲失敗命令字。技術(shù)方案三本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置包括等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊和引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊；所述待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊和引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊各包含一個(gè)預(yù)處理單元、一個(gè)差分單元和一個(gè)判斷單元；預(yù)處理單元將前一幀圖像作為參考幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成 N個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的各區(qū)域?qū)?yīng)于當(dāng)前幀圖像的各區(qū)域；求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若差分圖像中無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則延時(shí)SA秒后發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入引導(dǎo)捕獲狀態(tài)；若目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若識(shí)別到目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；若在指定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)差分圖像中始終無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則發(fā)送捕獲失敗命令字。光學(xué)測(cè)量設(shè)備采集的原始圖像中干擾目標(biāo)較多，為克服干擾目標(biāo)對(duì)捕獲結(jié)果造成影響，在自動(dòng)識(shí)別衛(wèi)星之前進(jìn)行預(yù)處理，降低干擾目標(biāo)的影響。由于在極短時(shí)間內(nèi)恒星之間位置相對(duì)靜止，地球自轉(zhuǎn)以及光學(xué)測(cè)量設(shè)備運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，造成背景恒星在圖像上運(yùn)動(dòng)速度相同，相鄰幀恒星能量近似。本發(fā)明采用相鄰幀圖像差分算法對(duì)圖像預(yù)處理，將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成N個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的各區(qū)域?qū)?yīng)于當(dāng)前幀圖像的各區(qū)域；求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量。由于視場(chǎng)內(nèi)存在大量恒星，如果某區(qū)域不存在衛(wèi)星，測(cè)得的該區(qū)域圖像運(yùn)動(dòng)量即為恒星運(yùn)動(dòng)量；當(dāng)該區(qū)域內(nèi)存在衛(wèi)星時(shí)，可能對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)產(chǎn)生較大偏差；本發(fā)明將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；然后將當(dāng)前幀圖像按照計(jì)算運(yùn)動(dòng)量反向補(bǔ)償，之后與參考幀圖像相減，得到一幅差分圖像；通過(guò)比較我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償差分之后干擾目標(biāo)能量被有效抑制，衛(wèi)星能量得到保持。從而為下一步準(zhǔn)確識(shí)別衛(wèi)星，極大程度上抑制了干擾源，提高了識(shí)別衛(wèi)星的準(zhǔn)確率。所述等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用差分圖像判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)。
所述等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用式(1)判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(1)則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)；||ν-ν·||>Τη (1)式(1)中ν表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，vss表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)速度，T11為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)速度閾值。所述等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用式( 判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(2)則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)；I α-α HS | | > T12 (2)式O)中α表示檢測(cè)目標(biāo)形狀方向角，α ^^表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)方向角， T12為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)方向角閾值。所述等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用式C3)判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(3)則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)；λ < T13 (3)式(3)中λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T13為設(shè)定的待捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。所述引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用差分圖像判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)。所述引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用式⑷判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(4)則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)；Ilvll > T21 (4)式中ν表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，T21為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)速度閾值。所述引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用式(5)判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(5)則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)；λ > T22 (5)式(5) λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T22為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。當(dāng)光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于等待捕獲狀態(tài)時(shí)，干擾目標(biāo)相對(duì)靜止，形狀近似圓形。衛(wèi)星在圖像視場(chǎng)內(nèi)具有一定的運(yùn)動(dòng)速度，速度大小可以通過(guò)主控計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)獲得，由于目標(biāo)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在積分時(shí)間內(nèi)目標(biāo)產(chǎn)生拖尾，目標(biāo)成像為長(zhǎng)條形狀，形狀比例系數(shù)與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度以及像機(jī)的積分時(shí)間有關(guān)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度越快則長(zhǎng)寬比系數(shù)越大；像機(jī)積分時(shí)間越長(zhǎng)則目標(biāo)長(zhǎng)寬比系數(shù)越大。當(dāng)設(shè)備處于引導(dǎo)捕獲狀態(tài)時(shí)，干擾目標(biāo)相對(duì)光學(xué)測(cè)量設(shè)備具有一定速度，形狀為長(zhǎng)條形。衛(wèi)星在圖像視場(chǎng)內(nèi)相對(duì)靜止，同樣長(zhǎng)寬比系數(shù)與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度以及積分時(shí)間有關(guān)。本發(fā)明利用被捕獲目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，通過(guò)目標(biāo)的形狀、方向角、運(yùn)動(dòng)速度等判斷該目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)，進(jìn)一步提高了目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確性，目標(biāo)識(shí)別可靠，實(shí)用性強(qiáng)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為光學(xué)測(cè)量設(shè)備等待捕獲狀態(tài)采集的圖像。圖2為光學(xué)測(cè)量設(shè)備引導(dǎo)捕獲狀態(tài)采集的圖像。圖3為本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置技術(shù)方案一結(jié)構(gòu)框圖。
圖4本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置技術(shù)方案二結(jié)構(gòu)框圖。圖5本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置技術(shù)方案三結(jié)構(gòu)框圖。圖6為本發(fā)明技術(shù)方案一光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于等待捕獲狀態(tài)時(shí)圖像各區(qū)域運(yùn)動(dòng)量計(jì)算結(jié)果示意圖。圖7a、7b分別為光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于待捕獲狀態(tài)采集的原始圖像和經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的差分圖像。圖8本發(fā)明技術(shù)方案二光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于等待捕獲狀態(tài)時(shí)圖像各區(qū)域運(yùn)動(dòng)量計(jì)算結(jié)果示意圖。圖9本發(fā)明技術(shù)方案三光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于待捕獲狀態(tài)時(shí)圖像各區(qū)域運(yùn)動(dòng)量計(jì)算結(jié)果示意圖。圖10本發(fā)明技術(shù)方案三光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于引導(dǎo)捕獲狀態(tài)時(shí)圖像各區(qū)域運(yùn)動(dòng)量計(jì)算結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式利用光學(xué)測(cè)量設(shè)備跟蹤衛(wèi)星時(shí)，如圖1、圖2所示，視場(chǎng)內(nèi)存在多個(gè)目標(biāo)，有的目標(biāo)是恒星，有的目標(biāo)是衛(wèi)星。捕獲衛(wèi)星可以分為兩個(gè)階段第一個(gè)階段為測(cè)量設(shè)備靜止等待捕獲衛(wèi)星階段，該階段特點(diǎn)是所有恒星運(yùn)動(dòng)速度相同，運(yùn)動(dòng)速度較慢，并且其形狀近似圓形。 該階段由于衛(wèi)星與光學(xué)測(cè)量設(shè)備存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生較長(zhǎng)拖尾，形狀近似長(zhǎng)條形，如圖1圓圈內(nèi)目標(biāo)。長(zhǎng)條形主軸與圖像橫坐標(biāo)夾角可以根據(jù)中心站發(fā)送的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算得到。 如果在指定時(shí)間內(nèi)視場(chǎng)未出現(xiàn)衛(wèi)星，說(shuō)明衛(wèi)星預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)存在偏差，需要在預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)鄰近區(qū)域搜索目標(biāo)，進(jìn)入到第二個(gè)階段引導(dǎo)捕獲衛(wèi)星階段。弓I導(dǎo)捕獲階段光學(xué)測(cè)量設(shè)備與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度相同，如圖2所示，視場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)速度相同，形狀為長(zhǎng)條形的目標(biāo)是恒星，長(zhǎng)條形的方向角以及長(zhǎng)度可以根據(jù)引導(dǎo)數(shù)據(jù)求得。視場(chǎng)內(nèi)形狀近似圓形，運(yùn)動(dòng)速度接近0的目標(biāo)為衛(wèi)星，如圖2中圓圈內(nèi)目標(biāo)。本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置技術(shù)方案一如圖3所示，包括預(yù)處理單元，差分單元，判斷單元。由于光學(xué)測(cè)量設(shè)備采集的圖像中干擾目標(biāo)較多，為克服干擾目標(biāo)對(duì)捕獲結(jié)果造成影響，在自動(dòng)識(shí)別衛(wèi)星之前需要由預(yù)處理單元進(jìn)行預(yù)處理，降低干擾目標(biāo)的影響。在極短時(shí)間內(nèi)恒星之間位置相對(duì)靜止，地球自轉(zhuǎn)以及光學(xué)測(cè)量設(shè)備運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，造成背景恒星在圖像上運(yùn)動(dòng)速度相同，相鄰幀目標(biāo)能量近似。本發(fā)明采用相鄰幀圖像差分算法對(duì)圖像預(yù)處理。 首先求解相鄰幀圖像整體運(yùn)動(dòng)量，之后對(duì)兩幀圖像差分運(yùn)算，降低背景目標(biāo)的影響。圖像視場(chǎng)內(nèi)中存在很多背景恒星，最多存在一顆衛(wèi)星，并且恒星運(yùn)動(dòng)速度相同。預(yù)處理單元將光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于等待捕獲狀態(tài)時(shí)當(dāng)前幀的前一幀圖像作為參考幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域尺寸為300 X 300，并且參考幀圖像的四個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)于當(dāng)前幀圖像的各四個(gè)區(qū)域。求解背景圖像運(yùn)動(dòng)量如圖6所示， 分別求取當(dāng)前幀圖像A、B、C、D四個(gè)區(qū)域相對(duì)參考幀圖像運(yùn)動(dòng)量，四個(gè)區(qū)域運(yùn)動(dòng)量分別為 V1, V2, V3, V4,由于視場(chǎng)內(nèi)存在大量恒星，某區(qū)域如果不存在衛(wèi)星，測(cè)得的整體圖像運(yùn)動(dòng)量即為恒星運(yùn)動(dòng)量。若某區(qū)域內(nèi)存在衛(wèi)星時(shí)，可能對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)產(chǎn)生較大偏差，如圖6中B區(qū)域所示，B區(qū)域運(yùn)動(dòng)估計(jì)量明顯與其它三個(gè)區(qū)域相差較大，將四個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余兩個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量。圖像整體運(yùn)動(dòng)量計(jì)算完成之后，由差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到一幅差分圖像。差分圖像中背景恒星得到了抑制，如圖7a、 7b所示，圖7a圓圈區(qū)域中的目標(biāo)為所要捕獲目標(biāo)，圖7b圓圈區(qū)域中的目標(biāo)為所要捕獲目標(biāo)。通過(guò)比較我們發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償差分之后干擾目標(biāo)能量被有效抑制，衛(wèi)星能量得到保持。為保證識(shí)別目標(biāo)準(zhǔn)確性，判斷單元需要通過(guò)一系列準(zhǔn)則判斷該目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)，判定準(zhǔn)則包括目標(biāo)的形狀、方向角、運(yùn)動(dòng)速度等。當(dāng)設(shè)備處于等待捕獲狀態(tài)時(shí)，干擾目標(biāo)相對(duì)靜止，形狀近似圓形。衛(wèi)星在圖像視場(chǎng)內(nèi)具有一定的運(yùn)動(dòng)速度，速度大小可以通過(guò)主控計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)獲得，由于目標(biāo)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在積分時(shí)間內(nèi)目標(biāo)產(chǎn)生拖尾，目標(biāo)成像為長(zhǎng)條形狀，形狀比例系數(shù)與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度以及像機(jī)的積分時(shí)間有關(guān)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度越快則長(zhǎng)寬比系數(shù)越大；像機(jī)積分時(shí)間越長(zhǎng)則目標(biāo)長(zhǎng)寬比系數(shù)越大。滿足以下三個(gè)判據(jù)任意一個(gè)，則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)。判據(jù)1 |v-vHS I I > T11ν表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)速度，T11為設(shè)定設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)速度閾值。判據(jù)2 I α-α 爾 | | > T12α表示檢測(cè)目標(biāo)形狀方向角，α 表示中心計(jì)算機(jī)的預(yù)報(bào)方向角，T12為設(shè)定的待捕獲狀態(tài)方向角閾值。判據(jù)3 λ < T13λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T13為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。判斷單元根據(jù)上述判據(jù)對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若差分圖像中無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則延時(shí)S秒后捕獲失敗命令字；若目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)。本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置技術(shù)方案二如圖4所示，包括預(yù)處理單元，差分單元，判斷單元。預(yù)處理單元將光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于引導(dǎo)捕獲狀態(tài)時(shí)連續(xù)采集的兩幀圖像分別作為參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成Α、B、C三個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的三個(gè)區(qū)域分別對(duì)應(yīng)于當(dāng)前幀圖像的各三個(gè)區(qū)域。求解背景圖像運(yùn)動(dòng)量如圖8所示，分別求取當(dāng)前幀圖像Α、B、C三個(gè)區(qū)域相對(duì)參考幀圖像運(yùn)動(dòng)量，三個(gè)區(qū)域運(yùn)動(dòng)量分別為 V1, V2, V3，由于視場(chǎng)內(nèi)存在大量恒星，某區(qū)域如果不存在衛(wèi)星，測(cè)得的整體圖像運(yùn)動(dòng)量即為恒星運(yùn)動(dòng)量。若某區(qū)域內(nèi)存在衛(wèi)星時(shí)，可能對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)產(chǎn)生較大偏差，如圖8中B區(qū)域所示， B區(qū)域運(yùn)動(dòng)估計(jì)量明顯與其它三個(gè)區(qū)域相差較大，將三個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除， 將剩余的一個(gè)中間值運(yùn)動(dòng)量作為背景運(yùn)動(dòng)量。圖像整體運(yùn)動(dòng)量計(jì)算完成之后，由差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到一幅差分圖像。差分圖像中背景恒星得到了抑制。為保證識(shí)別目標(biāo)準(zhǔn)確性，判斷單元需要通過(guò)一系列準(zhǔn)則判斷該目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)，判定準(zhǔn)則包括目標(biāo)的形狀、運(yùn)動(dòng)速度等。當(dāng)設(shè)備處于引導(dǎo)捕獲狀態(tài)時(shí)，干擾目標(biāo)相對(duì)測(cè)量設(shè)備具有一定速度，形狀為長(zhǎng)條形。衛(wèi)星在圖像視場(chǎng)內(nèi)相對(duì)靜止。同樣長(zhǎng)寬比系數(shù)與衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)速度以及積分時(shí)間有關(guān)。滿足以下兩個(gè)判據(jù)任意一個(gè)，則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)。判據(jù)4 Ilvll > T21ν表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，T21為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)速度閾值。判據(jù)5 λ > T22λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T22為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。判斷單元利用上述判據(jù)對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若差分圖像中無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則延時(shí)S秒后發(fā)送捕獲失敗命令字；若目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)。本發(fā)明的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置技術(shù)方案三如圖5所示，包括等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊和弓I導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊；所述待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊和弓I導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊各包括一個(gè)預(yù)處理單元、一個(gè)差分單元和一個(gè)判斷單元。等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的預(yù)處理單元，將光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于待捕獲狀態(tài)連續(xù)采集的兩幀圖像分別作為參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成 A、B、C、D、E五個(gè)區(qū)域，如圖9所示，求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將五個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)區(qū)域B、E運(yùn)動(dòng)量剔除，將A、C、D區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元根據(jù)下述判據(jù)對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷， 若差分圖像中無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則延時(shí)S秒后發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入引導(dǎo)捕獲狀態(tài)；若目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；判據(jù)1 |v-vHS I I > T11ν表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)速度，T11為設(shè)定設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)速度閾值。判據(jù)2 I α-α 爾 | | > T12α表示檢測(cè)目標(biāo)形狀方向角，α ^^表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)方向角，T12為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)方向角閾值。判據(jù)3:λ < T13λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T13為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入引導(dǎo)捕獲狀態(tài)后，引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的預(yù)處理單元將光學(xué)測(cè)量設(shè)備連續(xù)采集的兩幀圖像分別作為參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成A、B、C、D、E、F六個(gè)區(qū)域，如圖10所示，求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將六個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)區(qū)域B、E運(yùn)動(dòng)量剔除，將A、C、D、F區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元根據(jù)下述判據(jù)對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷， 若差分圖像中無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則延時(shí)S秒后發(fā)送捕獲失敗命令字；若目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)。判據(jù)4 Ilvll > T21ν表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，T21為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)速度閾值。判據(jù)5:λ > T22λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T22為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。本發(fā)明對(duì)N的數(shù)值沒(méi)有嚴(yán)格的限定，根據(jù)自動(dòng)捕獲算法的處理速度和有效克服干擾目標(biāo)影響的方面優(yōu)化選擇，一般選擇大于3小于10 ；區(qū)域的劃分以圖像視場(chǎng)幾何對(duì)稱性為準(zhǔn)。判據(jù)1 判據(jù)5中的設(shè)定的閾值T11根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)一般選取5 10，T12根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)一般選取1° 5°，T13根據(jù)像機(jī)積分時(shí)間與預(yù)報(bào)速度確定一般選取2 5，T21根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)一般選取5 10，T22根據(jù)像機(jī)積分時(shí)間與預(yù)報(bào)速度確定一般選取2 4 ;S根據(jù)中心計(jì)算機(jī)預(yù)報(bào)時(shí)間確定。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置，其特征在于包括預(yù)處理單元將光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于等待捕獲狀態(tài)時(shí)前一幀圖像作為參考幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成N個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的各區(qū)域?qū)?yīng)于當(dāng)前幀圖像的各區(qū)域；求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若識(shí)別到目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；若在指定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)差分圖像中始終無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則發(fā)送捕獲失敗命令字。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置，其特征在于所述等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元利用式(1)、式(2)或式(3)判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(1)、式⑵或式⑶則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)；IV-V 預(yù)報(bào) 11 >Tn (1)式(1)中V表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，Vss表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)速度，T11為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)速度閾值； la_aa ll>T12 (2) 式(2)中α表示檢測(cè)目標(biāo)形狀方向角，α -表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)方向角，T12為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)方向角閾值； λ <T13 (3)式(3)中λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T13為設(shè)定的待捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。
3.一種復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置，其特征在于包括預(yù)處理單元將光學(xué)測(cè)量設(shè)備處于引導(dǎo)捕獲狀態(tài)時(shí)前一幀圖像作為參考幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成N個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的各區(qū)域?qū)?yīng)于當(dāng)前幀圖像的各區(qū)域；求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若識(shí)別到目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；若在指定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)差分圖像中始終無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則發(fā)送捕獲失敗命令字。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置，其特征在于所述引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元利用式(4)或式(5)判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(4)或式( 則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)；IvM >T21 (4)式⑷中V表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，T21為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)速度閾值； λ > T22 (5)式(5) λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，I2為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。
5.一種復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置，其特征在于包括等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊和引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊；所述待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊和引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊各包含一個(gè)預(yù)處理單元、一個(gè)差分單元和一個(gè)判斷單元；預(yù)處理單元將前一幀圖像作為參考幀圖像；將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成N個(gè)區(qū)域，并且參考幀圖像的各區(qū)域?qū)?yīng)于當(dāng)前幀圖像的各區(qū)域；求取當(dāng)前幀圖像各區(qū)域相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若差分圖像中無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則延時(shí)SA秒后發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入引導(dǎo)捕獲狀態(tài)；若目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元對(duì)差分圖像進(jìn)行分析判斷，若識(shí)別到目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使光學(xué)測(cè)量設(shè)備進(jìn)入目標(biāo)跟蹤狀態(tài)；若在指定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)差分圖像中始終無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則發(fā)送捕獲失敗命令字。所述引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元可以利用差分圖像判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置，其特征在于所述等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元利用式(1)、式(2)或式(3)判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(1)、式⑵或式⑶則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)； Iv-VssI I >τη (1) 式(1)中V表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，Vss表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)速度，T11為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)目標(biāo)速度閾值； la_aa ll>T12 (2) 式(2)中α表示檢測(cè)目標(biāo)形狀方向角，α -表示中心計(jì)算機(jī)發(fā)送的預(yù)報(bào)方向角，T12為設(shè)定的等待捕獲狀態(tài)方向角閾值； λ <T13 (3)式(3)中λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，T13為設(shè)定的待捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值； 所述引導(dǎo)捕獲狀態(tài)目標(biāo)識(shí)別模塊的判斷單元利用式(4)或式( 判斷差分圖像中的目標(biāo)是否為干擾目標(biāo)；若滿足式(4)或式( 則判定該目標(biāo)是干擾目標(biāo)； IvM >T21 (4)式⑷中V表示相鄰幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，T21為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)速度閾值； λ > T22 (5)式(5) λ表示檢測(cè)目標(biāo)長(zhǎng)寬比，I2為設(shè)定的引導(dǎo)捕獲狀態(tài)長(zhǎng)寬比閾值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種復(fù)雜背景下的衛(wèi)星自動(dòng)識(shí)別裝置，該裝置的預(yù)處理單元將參考幀圖像和當(dāng)前幀圖像各分成N個(gè)區(qū)域，求取當(dāng)前幀圖像相對(duì)參考幀圖像各個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量，將N個(gè)區(qū)域中偏差大的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)量剔除，將剩余各區(qū)域的運(yùn)動(dòng)量取平均值作為背景運(yùn)動(dòng)量；差分單元將當(dāng)前幀圖像按照背景運(yùn)動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償，然后與參考幀圖像相減，得到差分圖像；判斷單元若識(shí)別到差分圖像中目標(biāo)為衛(wèi)星，則發(fā)送狀態(tài)命令字，使設(shè)備進(jìn)入跟蹤狀態(tài)；若在指定時(shí)間內(nèi)差分圖像中始終無(wú)目標(biāo)或目標(biāo)為干擾目標(biāo)，則發(fā)送捕獲失敗命令字。本發(fā)明將當(dāng)前幀圖像按照計(jì)算運(yùn)動(dòng)量反向補(bǔ)償，之后與參考幀圖像相減，得到一幅差分圖像，極大程度上抑制了干擾源，提高了識(shí)別衛(wèi)星的準(zhǔn)確率。
文檔編號(hào)G01C11/04GK102494676SQ201110410388
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者武治國(guó), 王明佳, 韓廣良 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