[发明专利]一种星载动目标检测及速度估计方法

说明书

一种星载动目标检测及速度估计方法，包括步骤：首先，对于连续拍摄的多帧图像的每一帧分别进行：(1)对原始星图处理，得到去背景图像；(2)利用自适应阈值法对去背景图像进行阈值分割，存储高于阈值的所有像元坐标和灰度；(3)对保存的像元进行四连通域目标提取潜在目标；(4)利用连通域面积和长宽比阈值剔除假目标并计算各剩余连通域质心；(5)利用星载计算机提供的坐标系转换阵，及相机姿态信息将各连通域质心投影到GPS坐标系中。对各帧提取出的连通域，剔除假目标，并计算真实动目标在GPS坐标系下的运动速度大小及运动方向。该方法能够有效的消除背景干扰，实现星载实时检测动目标并提供目标的地理坐标及运动速度。

技术领域

本发明涉及一种运动目标多帧检测的图像处理方法，特别是一种星载预警相机在轨实时动目标检测及速度估计方法,术语动目标图像处理技术领域。

背景技术

在轨实时对大气内感兴趣动目标进行检测跟踪是对地观测、遥感卫星的重要任务之一，流程是在星载相机对地连续拍摄的过程中，利用多帧连续图像完成对感兴趣动目标进行提取，计算该目标对应位置及相应的运动速度大小及方向，再利用计算结果对目标进行长时间跟踪拍摄，完成对目标的分析且及时向地面报告目标信息，达到快速检测跟踪的作用。

由于成像距离远，目标在图像上所占面积从几个到十几个像元，内部无纹理特征，外部形状信息较少，背景及噪声对于目标的影响较大，通常目标信噪比较低，算法虚警率普遍较高。算法通常先对单帧图像进行预处理，提高可疑目标的信噪比，再对图像进行阈值分割并提取连通域；再利用多帧图像的处理结果进行运动目标的检测。

传统的动目标处理算法的设计都是在理想条件下，忽略卫星的运动及相机姿态变化，对预处理后的图像直接进行相面坐标的多帧匹配，该种方法无法应用在真实星载环境下。同时，多数方法如双边滤波，小波变换等算法计算量大，无法在轨实时计算。

由于直接利用相面坐标进行多帧目标检测，传统方法对于速度大小及速度方向阈值的设置都不准确：大部分方法直接使用多帧之间相同连通域在相面上位移完成速度大小的估计，利用位移方向向量完成速度方向的估计，该方法单纯使用了相机理论上的像元分辨率，但忽视了相机的光轴方向、卫星的姿态对于相机对地拍摄角度的影响以及对像元分辨率的影响，因此传统方法的检测虚警率普遍较高。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种星载动目标检测及速度估计方法，解决了星载相机无法实时检测地面运动目标及提供目标运动速度大小、速度的问题。

本发明解决的技术方案为：一种星载动目标检测及速度估计方法，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。

优选的，步骤(1)中连续拍摄的多帧星载对地观测图像，为：安装于轨道高度500km的在轨卫星上的预警相机，其视场角度为4°。