專利名稱：深空探測中目標真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒?br> 技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術領域，涉及一種深空探測中目標真?zhèn)蔚呐卸?方法。
背景技術：
當前在航天領域科技飛速發(fā)展，特別是載人航天技術的成熟應用，使得深 空探測技術顯得尤為重要。在我國，深空探測仍然是航天領域中的薄弱環(huán)節(jié)。 在衛(wèi)星軌道觀測中，所遇到的問題是如何在低信噪比條件下，對目標進行精密 跟蹤，從而得到目標的軌跡。隨著深空探測設備的靈敏度不斷提高，科學級攝 像機的廣泛應用，可觀測的星體個數(shù)呈指數(shù)增長，在視場中出現(xiàn)大量的星體， 如何從眾多的星體中區(qū)分出目標星是深空探測首要解決的問題之一。其主要難 點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規(guī)律性， 無形態(tài)學特征，與背景的對比度差，顆粒噪聲等局部干擾嚴重。對于深空探測中的目標識別方法，國內還沒有簡便有效的方法來從眾多的 干擾星體中快速提取出所要跟蹤的真實目標。發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種在深空目標軌跡探測過程中，能夠快 速將真實目標和干擾目標區(qū)分開來，從眾多的干擾星中識別出所要跟蹤目標的 深空探測中目標真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒?。在目標捕獲過程中，觀測設備是按照理論數(shù)據(jù)引導工作的，其指向隨著目 標星的軌跡不斷變化。在相鄰幀圖像中，目標星相對于視場是靜止不動的，而 其它星體相對視場位置逐幀發(fā)生變化，但這些干擾星之間的相對距離和位置是 不發(fā)生變化的，或其相對位置變化極小，可忽略不計。根據(jù)深空探測圖像的這種特點，借助電子穩(wěn)像方法的思想，本發(fā)明的深空探測中目標真?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 計算兩幀圖像的相移量；2) 將后一幀圖像按照相移量進行相移補償，使前后兩幀圖像相位一致；3) 將兩幀圖像進行相位抵消，并將相移補償后的圖像與前一幀圖像進行灰 度值差分(相減)運算；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，計算該區(qū)域的中心 坐標；5) 連續(xù)重復上述步驟3~5次，若所計算出的像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域相 對固定，則認為該區(qū)域即是所要觀測的主跟蹤目標所在位置，該目標為真實目 標。本發(fā)明首先計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 行相移補償，使前后兩幀圖像相位一致。在相移補償后的兩幀圖像中，圖像的 背景和干擾星相互重疊，而目標星在這兩幀圖像中的位置卻相對發(fā)生了變化。 將這兩幀圖像進行相位抵消，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，但在主跟蹤目標出現(xiàn)的位置，則可以看到像元的灰 度值會發(fā)生劇烈變化，原因是在經過相移補償、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 可以明顯觀測到。這樣，通過將相移補償后的圖像與前一幀圖像進行灰度值相 減運算，查找像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域，并計算該區(qū)域的中心坐標，就可以找 到所要觀測的主跟蹤目標所在位置，將真實目標與干擾目標快速區(qū)分開來。所述的步驟1)中采用傅立葉變換方法根據(jù)圖像灰度分布計算兩幀圖像的 相移量。采用傅立葉變換方法計算兩幀圖像的相移量的優(yōu)點 1) 圖像頻率提取結果穩(wěn)定，計算的相移量準確；2) 受圖像中的噪聲影響??；3) 傅立葉變換適于利用硬件實現(xiàn)快速計算。


圖1為實現(xiàn)本發(fā)明的深空探測中目標真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒ㄋ捎玫能浖鞒?b>具體實施方式
本發(fā)明的深空探測中目標真?zhèn)蔚呐卸ǚ椒ň唧w實現(xiàn)步驟如下1) 連續(xù)采集圖像，對于快速運動的目標星，記錄連續(xù)的兩幀圖像；對于慢 速運動的目標星，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) 計算兩幀圖像的相移差，具體方法如下兩幅圖像P。、 ^來自一個有限長度的離散圖像序列，P。是原始圖像(即 第l幀圖像)，^是P。經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;)代表坐標為(x、 y)的圖像像元在頻域下的坐標。 通過計算各自傅里葉變換的相位角變化來計算平移矢量^°)。兩幅存在純平移關系的圖像可以表示為
根據(jù)傅里葉變換的平移性質，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>計算？(A,y;)的傅里葉反變換，得到<formula>formula see original document page 6</formula>這是一個以(x。,少。)為中心的單元脈沖。在圖像的傅里葉反變換結果數(shù)據(jù)中尋找峰值的位置坐標P^，即兩幅圖 像的平移值。3)將后一幀的圖像按照上一步計算得到的平移值P^進行平移，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償。設P。是兩幀圖像的相移偏差，貝U:其中g;(x,力是&(x,y)相位補償后的圖像的灰度值。4) 將相位補償后的圖像與前一幀圖像灰度值進行相減運算。<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)域既是所要觀測的主跟 蹤目標坐標。設該區(qū)域中心坐標為("。，/ 。)，若該區(qū)域像元灰度值為負，則 表明在P。中，真實目標出現(xiàn)在此區(qū)域，目標在圖像^中的位置就是("。,/ 。)； 若該區(qū)域像元灰度值為正，則表明在S中，真實目標出現(xiàn)在此區(qū)域，目標 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)域中心坐標可通過邊緣檢測、重心計算的方法獲得。6)連續(xù)重復上述步驟3 5次，若所計算出的目標位置相對固定，則認為目標識別正確，目標捕獲完成，系統(tǒng)可轉為目標跟蹤階段。 本發(fā)明通過改變光電望遠鏡捕獲電視分系統(tǒng)的捕獲計算機軟件來實現(xiàn)。該捕獲計算機采用研華工控機，其主板PCA-6186; CPU: P43.2G;內存DDR667MHz;硬盤80G;軟件環(huán)境windows xp+sp2， VC++6.0語言編程。所述的捕獲計算機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、按照望遠鏡轉動速度選擇兩幀圖像；d、 作頻域變換得到圖像的平移量；e、 根據(jù)步驟d得到的平移量對后一幅圖像進行平移，進行圖像相位補償；f、 進行圖像灰度值相減，得到目標星坐標；g、 判斷對多幀圖像處理得到的結果是否相近，是則轉步驟h，否則返回步驟b;h、 輸出目標星位置。
權利要求
1、一種深空探測中目標真?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)圖像灰度分布計算兩幀圖像的相移量；2)將后一幀圖像按照相移量進行相移補償，使前后兩幀圖像相位一致；3)將兩幀圖像進行相位抵消，并將相移補償后的圖像與前一幀圖像進行灰度值差分運算；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，計算該區(qū)域的中心坐標；5)連續(xù)重復上述步驟3～5次，若所計算出的像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域相對固定，則認為該區(qū)域即是所要觀測的主跟蹤目標所在位置，該目標為真實目標。
2、 根據(jù)權利要求1所述的深空探測中目標真?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)字圖像處理技術領域，涉及一種深空探測中目標真?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)圖像灰度分布計算兩幀圖像的相移量；然后將后一幀圖像按照相移量進行相移補償，使前后兩幀圖像相位一致，將這兩幀圖像進行相位抵消，將得到的數(shù)據(jù)存為一幅圖像，通過將相移補償后的圖像與前一幀圖像進行灰度值相減運算，查找像元灰度發(fā)生突變的區(qū)域，并計算該區(qū)域的中心坐標，就可以找到所要觀測的主跟蹤目標所在位置，將真實目標與干擾目標快速區(qū)分開來。
文檔編號G01C11/00GK101158580SQ20071005629
公開日2008年4月9日 申請日期2007年11月12日 優(yōu)先權日2007年11月12日
發(fā)明者姚志軍, 韓廣良, 韓秋蕾 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所