专利名称：深空探测中目标真伪的判定方法
技术领域：
本发明属于数字图像处理技术领域，涉及一种深空探测中目标真伪的判定 方法。
背景技术：
当前在航天领域科技飞速发展，特别是载人航天技术的成熟应用，使得深 空探测技术显得尤为重要。在我国，深空探测仍然是航天领域中的薄弱环节。 在卫星轨道观测中，所遇到的问题是如何在低信噪比条件下，对目标进行精密 跟踪，从而得到目标的轨迹。随着深空探测设备的灵敏度不断提高，科学级摄 像机的广泛应用，可观测的星体个数呈指数增长，在视场中出现大量的星体， 如何从众多的星体中区分出目标星是深空探测首要解决的问题之一。其主要难 点是所有星体特征相同，尺寸较小，边缘模糊，亮度变化不均匀且无规律性， 无形态学特征，与背景的对比度差，颗粒噪声等局部干扰严重。对于深空探测中的目标识别方法，国内还没有简便有效的方法来从众多的 干扰星体中快速提取出所要跟踪的真实目标。发明内容本发明要解决的技术问题是提供一种在深空目标轨迹探测过程中，能够快 速将真实目标和干扰目标区分开来，从众多的干扰星中识别出所要跟踪目标的 深空探测中目标真伪的判定方法。在目标捕获过程中，观测设备是按照理论数据引导工作的，其指向随着目 标星的轨迹不断变化。在相邻帧图像中，目标星相对于视场是静止不动的，而 其它星体相对视场位置逐帧发生变化，但这些干扰星之间的相对距离和位置是 不发生变化的，或其相对位置变化极小，可忽略不计。根据深空探测图像的这种特点，借助电子稳像方法的思想，本发明的深空探测中目标真伪的判定方法采用如下步骤1) 连续采集图像，选取相位有明显变化的两帧图像，并根据图像灰度分布 计算两帧图像的相移量；2) 将后一帧图像按照相移量进行相移补偿，使前后两帧图像相位一致；3) 将两帧图像进行相位抵消，并将相移补偿后的图像与前一帧图像进行灰 度值差分(相减)运算；4) 在得到的差分图像中查找像元灰度发生突变的区域，计算该区域的中心 坐标；5) 连续重复上述步骤3~5次，若所计算出的像元灰度发生突变的区域相 对固定，则认为该区域即是所要观测的主跟踪目标所在位置，该目标为真实目 标。本发明首先计算出选取的两帧图像的相移量，将后一帧图像按照相移量进 行相移补偿，使前后两帧图像相位一致。在相移补偿后的两帧图像中，图像的 背景和干扰星相互重叠，而目标星在这两帧图像中的位置却相对发生了变化。 将这两帧图像进行相位抵消，将得到的数据存为一幅图像。在这幅图像中，大 部分区域灰度值都接近零，但在主跟踪目标出现的位置，则可以看到像元的灰 度值会发生剧烈变化，原因是在经过相移补偿、相位抵消步骤后，其它的星体 和背景均被抵消掉，但由于目标星在两帧图像中位置不同，所以在抵消后仍然 可以明显观测到。这样，通过将相移补偿后的图像与前一帧图像进行灰度值相 减运算，查找像元灰度发生突变的区域，并计算该区域的中心坐标，就可以找 到所要观测的主跟踪目标所在位置，将真实目标与干扰目标快速区分开来。所述的步骤1)中采用傅立叶变换方法根据图像灰度分布计算两帧图像的 相移量。采用傅立叶变换方法计算两帧图像的相移量的优点 1) 图像频率提取结果稳定，计算的相移量准确；2) 受图像中的噪声影响小；3) 傅立叶变换适于利用硬件实现快速计算。
图1为实现本发明的深空探测中目标真伪的判定方法所采用的软件流程具体实施方式
本发明的深空探测中目标真伪的判定方法具体实现步骤如下1) 连续采集图像，对于快速运动的目标星，记录连续的两帧图像；对于慢 速运动的目标星，则需要记录连续的多帧图像，选择等间隔的图像(如 选取第1帧和第5帧，第2帧和第6帧，等等)，保证所选取的两帧图 像的相位有明显的变化。2) 计算两帧图像的相移差，具体方法如下两幅图像P。、 ^来自一个有限长度的离散图像序列，P。是原始图像(即 第l帧图像)，^是P。经过平移之后得到的图像(即第2帧图像)。首先 将两幅图像的灰度值g。(x,j;)和&(;c,y)分别带入二维傅立叶变换公式<formula>formula see original document page 5</formula>办，计算出两幅图像的离散傅里叶变换<formula>formula see original document page 5</formula>其中l/;，y;)代表坐标为(x、 y)的图像像元在频域下的坐标。 通过计算各自傅里叶变换的相位角变化来计算平移矢量^°)。两幅存在纯平移关系的图像可以表示为
根据傅里叶变换的平移性质，得<formula>formula see original document page 6</formula>(2)根据傅里叶反变换公式<formula>formula see original document page 6</formula>计算？(A,y;)的傅里叶反变换，得到<formula>formula see original document page 6</formula>这是一个以(x。,少。)为中心的单元脉冲。在图像的傅里叶反变换结果数据中寻找峰值的位置坐标P^，即两幅图 像的平移值。3)将后一帧的图像按照上一步计算得到的平移值P^进行平移，则可得到与前一帧图像相位一致的图像，即完成图像的相位补偿。设P。是两帧图像的相移偏差，贝U:其中g;(x,力是&(x,y)相位补偿后的图像的灰度值。4) 将相位补偿后的图像与前一帧图像灰度值进行相减运算。<formula>formula see original document page 6</formula>(5) 其中e(x,力是两帧图像相减后获得的图像灰度值，图像中的灰度值为有符号数据。5) 在0(x,力中査找像元灰度发生突变的区域，该区域既是所要观测的主跟 踪目标坐标。设该区域中心坐标为("。，/ 。)，若该区域像元灰度值为负，则 表明在P。中，真实目标出现在此区域，目标在图像^中的位置就是("。,/ 。)； 若该区域像元灰度值为正，则表明在S中，真实目标出现在此区域，目标 在图像《中的位置就是<formula>formula see original document page 6</formula>
像元灰度突变区域中心坐标可通过边缘检测、重心计算的方法获得。6)连续重复上述步骤3 5次，若所计算出的目标位置相对固定，则认为目标识别正确，目标捕获完成，系统可转为目标跟踪阶段。 本发明通过改变光电望远镜捕获电视分系统的捕获计算机软件来实现。该捕获计算机采用研华工控机，其主板PCA-6186; CPU: P43.2G;内存DDR667MHz;硬盘80G;软件环境windows xp+sp2， VC++6.0语言编程。所述的捕获计算机软件程序流程包括如下步骤a、 开始；b、 采集连续多帧图像；C、按照望远镜转动速度选择两帧图像；d、 作频域变换得到图像的平移量；e、 根据步骤d得到的平移量对后一幅图像进行平移，进行图像相位补偿；f、 进行图像灰度值相减，得到目标星坐标；g、 判断对多帧图像处理得到的结果是否相近，是则转步骤h，否则返回步骤b;h、 输出目标星位置。
权利要求
1、一种深空探测中目标真伪的判定方法，其特征在于采用如下步骤1)连续采集图像，选取相位有明显变化的两帧图像，并根据图像灰度分布计算两帧图像的相移量；2)将后一帧图像按照相移量进行相移补偿，使前后两帧图像相位一致；3)将两帧图像进行相位抵消，并将相移补偿后的图像与前一帧图像进行灰度值差分运算；4)在得到的差分图像中查找像元灰度发生突变的区域，计算该区域的中心坐标；5)连续重复上述步骤3～5次，若所计算出的像元灰度发生突变的区域相对固定，则认为该区域即是所要观测的主跟踪目标所在位置，该目标为真实目标。
2、 根据权利要求1所述的深空探测中目标真伪的判定方法，其特征在于所 述的步骤1)中采用傅立叶变换方法根据图像灰度分布计算两帧图像的相移量。
全文摘要
本发明属于数字图像处理技术领域，涉及一种深空探测中目标真伪的判定方法，该方法首先连续采集图像，选取相位有明显变化的两帧图像，并根据图像灰度分布计算两帧图像的相移量；然后将后一帧图像按照相移量进行相移补偿，使前后两帧图像相位一致，将这两帧图像进行相位抵消，将得到的数据存为一幅图像，通过将相移补偿后的图像与前一帧图像进行灰度值相减运算，查找像元灰度发生突变的区域，并计算该区域的中心坐标，就可以找到所要观测的主跟踪目标所在位置，将真实目标与干扰目标快速区分开来。
文档编号G01C11/00GK101158580SQ20071005629
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者姚志军, 韩广良, 韩秋蕾 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所