技术领域本发明涉及一种空间碎片快速检测定位方法，尤其涉及一种空间碎片天基可见光相机在轨快速识别、匹配及定位方法，属于航天器制导与控制领域。
背景技术：
空间碎片在轨识别与参数辨识在空间碎片定轨、空间碰撞预警、航天器避撞等放方面具有特殊优势。目前，对空间碎片探测定位主要采用地基观测方式。然而，地基观测手段容易受地球曲率、大气折射、天气、观测时间窗口等条件限制。相比而言，天基观测具有探测范围广、不受地球大气、天气等影响、覆盖范围广、探测精度高等优点。由于空间碎片与航天器间存在相对运动，在相机曝光过程中，碎片在CCD平面上所成像可能是一点，也可能是一条类似拖尾的直线。针对所成像不同的几何形态，可以采用不同的图像特征识别方法进行识别，比如对点目标的识别，可以采用角点提取的方法，对拖尾目标的识别可以采用边缘检测、Hough变换直线检测、最小二乘直线拟合等方法。但是，这种对碎片轨迹的人工分类需要人为设定阈值，该阈值的合理设定比较困难。同时，考虑到碎片相对于相机的运动状态的变化，人为将目标区分为点目标与拖尾目标可能直接导致帧间匹配的失败。从计算速度来看，人为对目标类别进行区分并分别识别将直接导致计算量增大，同时，Hough变换直线检测计算速度慢，不利于星上实时处理。
技术实现要素：
本发明公开的一种基于星载可见光相机的空间碎片快速检测定位方法要解决的技术问题是实现对空间碎片成像的识别、匹配、定位，且能够满足高匹配率、高定位精度，还可解决星上计算资源有限的问题。本发明的目的通过以下技术方案实现。本发明公开的一种基于星载可见光相机的空间碎片快速检测定位方法，通过连通域检测的方法，对星载可见光相机拍摄的图片中碎片轨迹进行编号；对目标几何特性进行识别，并保存碎片成像轨迹几何特征；根据图像采集的时间和碎片成像几何特征，制定帧间匹配准则，进行帧间匹配，使帧与帧之间碎片成像轨迹一一对应；根据帧间匹配结果，解算目标方位角α、β，完成碎片方位角定位。为解决星上计算资源有限的问题，根据帧间匹配结果进行ROI区域选择，提高连通域检测的计算效率。本发明公开的一种基于星载可见光相机的空间碎片快速检测定位方法，包括如下步骤：步骤一：通过连通域检测的方法，对星载可见光相机拍摄的图片中碎片轨迹进行编号。采用8连通域检测方法检测出星载可见光相机拍摄的图片中所有连通域。8连通域检测方法是指遍历灰度矩阵A中像素点A(i,j)周围的8个像素点A(i-1,j-1)、A(i-1,j)、A(i-1,j+1)、A(i,j-1)、A(i,j+1)、A(i+1,j-1)、A(i+1,j)、A(i+1,j+1)，若周围的8个像素点中存在满足灰度阈值的像素点，则认为该像素点与A(i,j)连通。遍历图像中每个像素，进行8连通域检测，并对每个连通区域进行编号。步骤二：计算碎片成像几何特征；所述的碎片成像几何特征包括：成像面积m00、形心(u0,v0)、椭圆长半轴a、椭圆短半轴b、椭圆离心率e、椭圆长轴与横轴正向夹角θ。步骤2.1：计算成像面积m00、形心(u0,v0)；为便于描述轨迹特征，将碎片成像轨迹近似为具有等价二阶中心矩的椭圆域。计算碎片成像轨迹的二阶中心矩。对连续有界二维函数f(x,y)，其(p,q)阶原点矩mpq计算方法为：mpq=∫-∞+∞∫-∞+∞xpyqf(x,y)dxdy,p,q∈{0,1,2,...,n