[發明專利]一種基于星載圖像序列的空間目標檢測跟蹤方法

有效

• 申請號: 201710950108.0
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107886498B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 呂憑樂;孫勝利;林長青
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/187;G06T7/194;G06T7/20;G06T5/50
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 李秀蘭

本發明公開了一種基于星載圖像序列的空間目標檢測跟蹤方法，包括以下步驟：(1)對于天基圖像序列，采用二維最小均方濾波器進行背景估計，得到的殘差圖像作為初步背景抑制的圖像；(2)利用局部差異度度量和形態學頂帽操作結合產生動態閾值，它用于殘余背景雜波的再次濾除并增強目標；(3)采用連通域分割的方法，將探測器固有噪聲區域濾除；(4)利用空間目標的運動特性采用多幀關聯的方法將孤立的噪聲點剔除。此算法流程對于真實天基圖像序列的處理結果表明，其信雜比能夠增強45倍左右，對于弱小目標能有效檢測，性能良好，為天基光學遙感探測提供了技術支持。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及空間目標探測領域中的運動弱點目標檢測跟蹤方法，更具體地，作為一種衛星拍攝的云背景的圖像序列中目標檢測的方法。

背景技術

復雜背景下星載弱點運動目標探測問題一直是空天領域研究的熱點問題之一。對于靜止軌道衛星而言，成像距離遠，目標在像面上呈現微弱點狀，無特征；同時，云雜波以及其他背景雜波、系統噪聲等固有噪聲等干擾檢測。以上導致極低信雜比(SCR≈1)，使得空間目標檢測困難。

目前對于真實天基環境的應用，集中在先單幀處理再多幀軌跡關聯的方法研究。單幀處理主要是背景抑制和目標增強。目前具有代表性的方法包含空間域、頻率域以及時間域、數學形態學處理等濾波方法，但是，對于本發明針對的復雜云背景以及SCR≤1的探測環境，采用單一的濾波方法都無法保證檢測精度，存在較高虛警率。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于星載圖像序列的空間目標檢測跟蹤方法，用于地面基站對于衛星下傳圖像序列中弱點運動目標的探測。

本發明所采用的技術方案是：首先利用一種較為經典的背景抑制算法二維最小均方濾波器做抑制大面積背景的預處理操作。然后利用鄰域灰度差異性特征與形態學算子相結合設定動態閾值將大部分殘余的背景雜波去除進而增強目標，經過連通域處理之后殘余點中包含目標和噪點，最終在圖像序列中利用目標的運動特性篩出孤立噪點，并將目標軌跡提取出來。

進一步地，一種基于星載圖像序列的空間目標檢測跟蹤方法，具體實現步驟如下：

步驟1：對于給定圖像序列中每一幅圖像X_t(t表示當前圖像在圖像序列的幀數)，利用二維最小均方濾波器濾波，濾波的步驟如下：

1)對于M行、N列的圖像X_t而言，設置大小為R行、R列(R一般取3、5、7)的滑動窗口，從左到右、從上到下地掃描每一個像元(x,y)，x＝0,1,2,…,M-1，y＝0,1,2,…,N-1。對X_t進行背景估計形成的背景估計圖像為E_t。每一個像元的估計按照如下公式進行：

其中，i＝0,1,2,…,R-1,j＝0,1,2,…,R-1，W_k是每次迭代更新的權重矩陣，k從0開始取值，權重矩陣的初始化W₀為方差為0.5的高斯濾波矩陣，k＝x*N+y。濾波器利用每次的迭代更新權重矩陣W_k，W_k+1(i,j)＝W_k(i,j)+μe_kX_t(x-i,y-j)。其中，e_k是估計誤差值，即濾波器輸出的估計值和期望值的差值，本發明取e_k＝X_t(x,y)-E_t(x,y)，μ是迭代步長；

2)直接濾波之后生成背景估計圖像，然后用原始的圖像X_t與背景估計圖像E_t做差，得到包含目標點和殘存噪聲、雜波的殘差圖像，記為I；

3)對于I，其灰度最大值記為max(I)，其灰度最小值記為min(I)，對于其中每個像元(x,y)，其灰度值為I(x,y)，按照以下的公式將圖像歸一化到特定的灰度區間：