[发明专利]一种星载动目标检测及速度估计方法

权利要求书

1.一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于步骤如下：

(1)对连续拍摄的多帧星载对地观测图像进行背景抑制处理，得到去背景图像；

(2)对步骤(1)的去背景图像，进行阈值分割，再进行连通域提取，剔除部分假目标连通域，得到有效连通域；

具体地，利用自适应阈值法对去背景图像进行阈值分割，保存高于阈值的所有像元的坐标及灰度值；对保存的像元基于四连通域法提取连通域，并根据提取的连通域的面积和长宽比阈值剔除部分假目标连通域，得到有效连通域；

(3)对步骤(2)的有效连通域进行质心提取，求取有效连通域的质心在拍摄相机的相面上的精确坐标；

(4)利用坐标转换矩阵以及相机光轴指向参数，完成质心在拍摄相机的相面上的精确坐标到GPS坐标系的坐标转换，得到GPS坐标系下的有效连通域质心坐标；

(5)根据GPS坐标系下的有效连通域质心坐标，得到对应有效连通域质心对应的地理位置，并计算其对应的运动速度大小和方向，使用多帧图像连通域比对提取真实目标方法，提取真实动目标对应的连通域，最终实现动目标检测，并实现其速度估计。

2.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：步骤(1)中连续拍摄的多帧星载对地观测图像，要求为：安装于轨道高度500km的在轨卫星上的预警相机拍摄，其视场角度为4°。

3.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：步骤(1)对连续拍摄的多帧星载对地观测图像进行背景抑制处理，得到去背景图像，具体为：对每一帧图像分别处理，进行背景抑制，得到去背景图像。

4.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：连通域提取，具体为：基于四连通域法粗提取全部潜在目标连通域，并计算各连通域面积及连通域最大长宽比，与设定的固定阈值进行比较，剔除不符合要求的假目标连通域，得到剩余连通域为有效连通域。

5.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：联通域质心相面坐标转换GPS坐标系坐标，具体为：利用相机本体坐标系到GPS坐标系的转换矩阵C、卫星在该时刻与地心的位移在GPS坐标系下的表示，对应位置地球半径R；根据连通域在相面的精确坐标对应的光路方向在相机本体坐标系的方向向量通过公式：

式中为像元对应光路在GPS坐标系下的方向向量；通过公式：

式中为连通域所对应物体在GPS坐标系下相对地心的方向向量，h是目标所处高度，r是卫星到连通域对应物体的距离，根据上式解出r及方向向量在GPS坐标系下的表示

6.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：多帧图像连通域比对提取真实目标方法，具体为：

(1)对每一帧图像提取出的联通域，按照联通域的面积及能量排序；具体地，先按照联通域的面积进行排序，面积最大的置于队列最前面，对于面积相同的连通域则比较其像元灰度值的和，按照大小排序；

(2)从第二帧开始，逐帧逐个连通域进行与之前所有帧中的连通域匹配，将匹配成功的连通域组合存放于当前帧对应联通域中。

7.根据权利要求6所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：对每一帧图像提取出的联通域，按照联通域的面积及能量排序，具体为，先按照联通域的面积进行排序，面积最大的置于队列最前面，对于面积相同的连通域则比较其像元灰度值的和，按照大小排序。

8.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：在小计算量的条件下准确提取可疑目标区域，能够提供更精确的速度大小、方向的计算结果，从而降低虚警率，提高检测成功率。

9.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：使用在星载预警相机中，实现在轨实时动目标检测及速度估计。

10.根据权利要求1所述的一种星载动目标检测及速度估计方法，其特征在于：实时向卫星提供可疑目标信息。