[發(fā)明專利]一種基于星載可見光相機(jī)的空間碎片快速檢測(cè)定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610262261.X
• 申請(qǐng)日: 2016-04-25
• 公開（公告）號(hào): CN105910583B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟光;趙琪;張景瑞;梁斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C11/00
• 分類號(hào): G01C11/00;G01C11/04
• 代理公司: 北京理工正陽知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11639
• 代理人: 毛燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空間碎片快速檢測(cè)定位方法，尤其涉及一種空間碎片天基可見光相機(jī)在軌快速識(shí)別、匹配及定位方法，屬于航天器制導(dǎo)與控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

空間碎片在軌識(shí)別與參數(shù)辨識(shí)在空間碎片定軌、空間碰撞預(yù)警、航天器避撞等放方面具有特殊優(yōu)勢(shì)。目前，對(duì)空間碎片探測(cè)定位主要采用地基觀測(cè)方式。然而，地基觀測(cè)手段容易受地球曲率、大氣折射、天氣、觀測(cè)時(shí)間窗口等條件限制。相比而言，天基觀測(cè)具有探測(cè)范圍廣、不受地球大氣、天氣等影響、覆蓋范圍廣、探測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。

由于空間碎片與航天器間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在相機(jī)曝光過程中，碎片在CCD平面上所成像可能是一點(diǎn)，也可能是一條類似拖尾的直線。針對(duì)所成像不同的幾何形態(tài)，可以采用不同的圖像特征識(shí)別方法進(jìn)行識(shí)別，比如對(duì)點(diǎn)目標(biāo)的識(shí)別，可以采用角點(diǎn)提取的方法，對(duì)拖尾目標(biāo)的識(shí)別可以采用邊緣檢測(cè)、Hough變換直線檢測(cè)、最小二乘直線擬合等方法。但是，這種對(duì)碎片軌跡的人工分類需要人為設(shè)定閾值，該閾值的合理設(shè)定比較困難。同時(shí)，考慮到碎片相對(duì)于相機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化，人為將目標(biāo)區(qū)分為點(diǎn)目標(biāo)與拖尾目標(biāo)可能直接導(dǎo)致幀間匹配的失敗。從計(jì)算速度來看，人為對(duì)目標(biāo)類別進(jìn)行區(qū)分并分別識(shí)別將直接導(dǎo)致計(jì)算量增大，同時(shí)，Hough變換直線檢測(cè)計(jì)算速度慢，不利于星上實(shí)時(shí)處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開的一種基于星載可見光相機(jī)的空間碎片快速檢測(cè)定位方法要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)對(duì)空間碎片成像的識(shí)別、匹配、定位，且能夠滿足高匹配率、高定位精度，還可解決星上計(jì)算資源有限的問題。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明公開的一種基于星載可見光相機(jī)的空間碎片快速檢測(cè)定位方法，通過連通域檢測(cè)的方法，對(duì)星載可見光相機(jī)拍攝的圖片中碎片軌跡進(jìn)行編號(hào)；對(duì)目標(biāo)幾何特性進(jìn)行識(shí)別，并保存碎片成像軌跡幾何特征；根據(jù)圖像采集的時(shí)間和碎片成像幾何特征，制定幀間匹配準(zhǔn)則，進(jìn)行幀間匹配，使幀與幀之間碎片成像軌跡一一對(duì)應(yīng)；根據(jù)幀間匹配結(jié)果，解算目標(biāo)方位角α、β，完成碎片方位角定位。

為解決星上計(jì)算資源有限的問題，根據(jù)幀間匹配結(jié)果進(jìn)行ROI區(qū)域選擇，提高連通域檢測(cè)的計(jì)算效率。

本發(fā)明公開的一種基于星載可見光相機(jī)的空間碎片快速檢測(cè)定位方法，包括如下步驟：

步驟一：通過連通域檢測(cè)的方法，對(duì)星載可見光相機(jī)拍攝的圖片中碎片軌跡進(jìn)行編號(hào)。

采用8連通域檢測(cè)方法檢測(cè)出星載可見光相機(jī)拍攝的圖片中所有連通域。8連通域檢測(cè)方法是指遍歷灰度矩陣A中像素點(diǎn)A(i,j)周圍的8個(gè)像素點(diǎn)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)，若周圍的8個(gè)像素點(diǎn)中存在滿足灰度閾值的像素點(diǎn)，則認(rèn)為該像素點(diǎn)與A(i,j)連通。遍歷圖像中每個(gè)像素，進(jìn)行8連通域檢測(cè)，并對(duì)每個(gè)連通區(qū)域進(jìn)行編號(hào)。

步驟二：計(jì)算碎片成像幾何特征；所述的碎片成像幾何特征包括：成像面積m₀₀、形心(u₀,v₀)、橢圓長半軸a、橢圓短半軸b、橢圓離心率e、橢圓長軸與橫軸正向夾角θ。

步驟2.1：計(jì)算成像面積m₀₀、形心(u₀,v₀)；

為便于描述軌跡特征，將碎片成像軌跡近似為具有等價(jià)二階中心矩的橢圓域。

計(jì)算碎片成像軌跡的二階中心矩。對(duì)連續(xù)有界二維函數(shù)f(x,y)，其(p,q)階原點(diǎn)矩m_pq計(jì)算方法為：

對(duì)于離散的圖像像素點(diǎn)，其(p,q)階原點(diǎn)矩m_pq為：

式(2)中，f(u,v)可為該像素點(diǎn)的灰度值。若不考慮灰度值的變化，可將其值設(shè)為常值1。令p＝0,q＝0，即得碎片成像面積m₀₀；由形心定義，得連通域的形心坐標(biāo)(u₀,v₀)為：

步驟2.2：計(jì)算橢圓長半軸a、橢圓短半軸b、橢圓離心率e、橢圓長軸與橫軸正向夾角θ；

結(jié)合式(2)、(3)，可得連通域的(p,q)階中心矩μ_pq為：