CN113295147A - 一种基于惯性空间的空间碎片检测方法 - Google Patents
一种基于惯性空间的空间碎片检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113295147A CN113295147A CN202110531388.8A CN202110531388A CN113295147A CN 113295147 A CN113295147 A CN 113295147A CN 202110531388 A CN202110531388 A CN 202110531388A CN 113295147 A CN113295147 A CN 113295147A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image
- star
- space
- frame
- inertial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
- G01C11/04—Interpretation of pictures
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于惯性空间的空间碎片检测方法,包括以下工作步骤:图像背景估计;星象扫描及二维平面坐标归算;三维空间向量归算;背景恒星剔除;空间碎片检测。本发明摒弃了依赖二维平面坐标满足给定门限剔除恒星星象的流程,只依赖背景恒星和空间碎片星象在惯性三维空间的运动规律不同(相邻帧恒星在惯性空间的向量基本重合或者其对应的赤经和赤纬基本不变)剔除背景恒星的星象,实现了望远镜不同观测模式下的空间碎片检测,特别适用空间碎片跟踪不稳定情形。本发明能够根据给定的检测门限,灵活地采用多帧CCD图像,对图像上比恒星视运动速度快的非恒星目标进行检测,降低亮恒星等因素产生的检测虚警,提高暗弱的空间碎片的检测成功率。
Description
技术领域
本发明属于空间碎片检测技术领域,具体涉及一种基于惯性空间的空间碎片检测方法。
背景技术
在科研、军事等许多领域,都需要对空间碎片进行监视,给出空间碎片的每一个瞬间在天空中的位置及其变化,确定空间碎片的运行轨道,从而获取空间碎片精确的信息。
CCD的发明,替代了传统的照相观测,成为了空间碎片监视的有效手段之一,尤其对中高轨道的空间碎片。对于科学级CCD来说,通常有三种读出方式:全帧读出、行间转移读出及帧转移读出方式。采用帧转移和行间转移读出的CCD通常具有靶面小、读出速度快以及读出的图像上星象几乎没有脱尾现象的优点;采用全帧读出的CCD通常具有靶面大优点,同时具有读出速度慢以及在无快门配合时读出的图像上星象存在脱尾现象的缺点。随着sCMOS技术的发展,sCMOS具有靶面大、读出速度快以及读出的图像上星象几乎没有脱尾现象的优点。因此科学级CCD和sCMOS在空间碎片监视中得到了较为广泛的应用。
望远镜通常采用跟踪恒星(恒动)、跟踪目标及静止等三种工作模式开展空间碎片观测。第一种工作模式:在跟踪稳定的前提下,恒星在图像上几乎为点状星像而且不同帧之间恒星星象灰度质心坐标基本相同,空间碎片为线状星象(在受到不同风速影响时不同帧之间恒星星象灰度质心坐标相差不同)。第二种工作模式:在跟踪稳定的前提下,恒星星像为线状星象,而空间碎片为点状星象(风速及跟踪不稳定等影响,可能都时线状星象,运动速度不同线状的长度不同)。第三种工作模式:在短曝光时,恒星星象几乎为点状星象而且不同帧之间恒星星象灰度质心坐标不相同,变化量较小;不同轨道高度空间碎片的星象可能是点状星象或者不同长度线状星象(在受到不同风速影响时不同帧之间恒星星象灰度质心坐标相差不同)。
空间碎片观测过程中,由于图像的不同,检测方法有很多种,传统的空间碎片检测方法都是基于图像二维平面坐标(x,y)的单帧或者多帧帧差处理,不同观测模式处理流程不同。但是由于CCD在进行图像实时采集的过程中不仅有来自CCD自身读出电路误差因素,而且有CCD工作环境及云层的影响因素,会影响CCD图像的背景起伏,给空间碎片的检测带来影响,特别对暗弱的空间碎片的影响,从而增加了虚警概率,影响了检测成功率。
发明内容
使用CCD或者sCMOS的空间碎片测量***时,针对传统基于图像二维平面的单帧或者多帧帧差空间碎片检测方法的不足,本发明提供一种基于惯性空间的空间碎片检测方法,能够采用多帧CCD或者sCMOS图像,采用全帧扫描及天文定位方式,获得图像上所有星象的在图像上的二维平面坐标(x,y)和惯性空间的三维向量(赤经α和赤纬δ),通过二维平面坐标和三维向量向量相结合,实现空间碎片的检测。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于惯性空间的空间碎片检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:对含有空间碎片及背景恒星的图像进行综合分析,建立图像背景估计的数学模型,以用于图像背景估计;
步骤2:根据图像背景估计结果及原始的含有空间碎片及背景恒星的图像,按照给定的阈值,对图像进行全帧扫描,给出图像上所有星象的二维平面坐标扫描结果;
步骤3:根据二维平面坐标扫描结果,通过天文定位的方式,获得所有星象对应的惯性空间的三维向量;
步骤4:通过比较相邻帧星象惯性空间的三维向量,剔除图像上的背景恒星;
步骤5:根据多帧图像的背景恒星剔除结果,综合星象的判断特征,检测出图像上所有的空间碎片。
为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
进一步地,步骤3中,根据二维平面坐标(x,y)扫描结果,通过天文定位的方式,获得所有星象的赤经α和赤纬δ,进而推算出所有星象对应的惯性空间的三维向量。
进一步地,空间碎片检测采用跟踪观测模式或搜索观测模式。
进一步地,步骤4中,满足以下条件的星象为背景恒星:
和分别表示第i帧图像上第j个星象在J2000惯性坐标系下对应的赤经和赤纬,和分别表示第i+1帧图像上第k个星象在J2000惯性坐标系下对应的赤经和赤纬;表示第i帧图像上第j个星象在J2000惯性坐标系下对应的三维向量,表示第i+1帧图像上第k个星象在J2000惯性坐标系下对应的三维向量;ε表示判断相邻两帧某两个星象对应向量重合的门限,若两个向量之间的夹角小于给定的门限,则表示该星象为恒星。
进一步地,步骤4中,满足以下条件的星象为背景恒星:
其中,和分别表示第i帧图像上第j个星象在J2000惯性坐标系下对应的赤经和赤纬,和分别表示第i+1帧图像上第k个星象在J2000惯性坐标系下对应的赤经和赤纬;ε表示判断相邻两帧某两个星象对应向量重合的门限,若两个星象对应的赤经之差和赤纬之差小于给定的门限,则表示该星象为恒星。
进一步地,步骤5中,图像上满足以下条件的为空间碎片:
和分别表示第i+2帧图像上第l个星象在J2000惯性坐标系下对应的赤经和赤纬;表示第i+2帧图像上第l个星象在J2000惯性坐标系下对应的三维向量;ε1表示相邻两帧某两个星象在惯性空间中向量夹角的最小检测门限,ε2表示连续三帧中第i帧第j个星象和第i+1帧第k个星象在惯性空间中的向量夹角与第i+1帧第k个星象和第i+2帧第l个星象在惯性空间中的向量夹角之差的最大检测门限。
进一步地,步骤5中,图像上满足以下条件的为空间碎片:
其中,和分别表示第i+2帧图像上第l个星象在J2000惯性坐标系下对应的赤经和赤纬;ε1表示相邻两帧某两个星象在惯性空间中向量夹角的最小检测门限,ε2表示连续三帧中第i帧第j个星象和第i+1帧第k个星象在惯性空间中的向量夹角与第i+1帧第k个星象和第i+2帧第l个星象在惯性空间中的向量夹角之差的最大检测门限。
本发明的有益效果是:本发明的空间碎片检测方法摒弃依赖二维平面坐标剔除恒星星象的流程,只依赖背景恒星和空间碎片星象在惯性三维空间的运动规律不同,剔除背景恒星的星象后,完全不依赖星像在二维平面上的灰度质心坐标,实现了望远镜不同观测模式下的空间碎片检测,特别适用空间碎片跟踪不稳定情形(空间碎片星象在图像上大幅来回蹿动)。本发明能够根据给定的检测门限,灵活地采用多帧CCD图像,对图像上的运动星象进行检测,降低亮恒星等因素产生的检测虚警,提高暗弱的空间碎片的检测成功率,是一种的非常好的空间碎片检测方法。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于惯性空间的空间碎片检测方法的流程示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示的一种基于惯性空间的空间碎片检测方法,包括以下几个工作步骤:图像背景估计;星象扫描及二维平面坐标归算;三维空间向量归算;背景恒星剔除;空间碎片检测。
输入多帧帧转移CCD的图像,依次采用上述五个步骤,最后得到了图像中运动目标的检测结果,提供给测量***中的伺服***使用,从而实现测量***对空间碎片的跟踪。以上各步骤更优化和更具体的描述如下:
一、图像背景估计
对含有空间碎片及背景恒星的图像进行综合分析,建立图像背景估计的数学模型,以用于图像的背景估计。
二、星象扫描及其二维平面坐标
按照图像背景的估计结果及原始的含有空间碎片及背景恒星的图像,按照给定的阈值,对含有空间碎片及背景恒星的图像进行全帧扫描,给出图像上所有星像的二维平面坐标(x,y)扫描结果。
三、三维空间向量归算
根据图像上所有星像的二维平面坐标(x,y)扫描结果,通过天文定位的方式,获得所有星像对应的惯性空间的三维向量(赤经α和赤纬δ)。
四、背景恒星剔除
对于背景恒星的剔除,通过比较相邻帧星象惯性空间的三维向量(赤经α和赤纬δ),空间碎片无论采用跟踪或者搜索观测模式的情形,满足以下门限的星像为背景恒星:
其中
或者
五、空间碎片检测
空间碎片的检测过程就是,根据多帧图像恒星星象剔除结果,综合星象的多种判断特征,检测出图像上的所有空间碎片。空间碎片无论采用跟踪或者搜索观测模式的情形,都满足以下条件:
其中
或者
前后两组公式都是基于判断两个向量在给定门限内是否重合,一个用两个向量之间的夹角判断,一个用角度判断。
之后,计算机***根据上述输入数据,给出了图像上的空间碎片的检测结果。检测结果可以提供给测量***的跟踪***使用,以实现对图像上空间碎片的跟踪。图像、图像背景估计结果、图像的全帧扫描结果及图像中运动星象的检测结果并可以通过显示***显示出来,以及存储在计算机***的存储介质中。
现有技术中提出的“CN110345919A基于三维空间向量与二维平面坐标的空间碎片检测方法”,在实际使用过程中,由于它依赖二维平面坐标剔除满足给定条件的恒星星象,导致它不能适用通常望远镜开展空间碎片观测的三种工作模式(恒动、跟踪及静止)。该专利申请需要二维平面坐标的预判断(相邻帧二维平面坐标满足一定门限,用三维空间向量判断),并且在使用过程中发现了缺陷,不能适用极端复杂情况。而本申请优化了处理流程,剔除二维平面坐标预判断,完全依赖惯性空间的三维向量。
本发明的空间碎片检测方法摒弃依赖二维平面坐标剔除恒星星象的流程,只依赖背景恒星和空间碎片星象在惯性三维空间的运动规律不同,剔除背景恒星的星象后,完全不依赖星像在二维平面上的灰度质心坐标,实现了望远镜不同观测模式下的空间碎片检测,特别适用空间碎片跟踪不稳定情形(空间碎片星象在图像上大幅来回蹿动)。它能够根据给定的检测门限,灵活地采用多帧CCD图像,对图像上的运动星象进行检测,降低亮恒星等因素产生的检测虚警,提高暗弱的空间碎片的检测成功率,是一种的非常好的空间碎片检测方法。经过测试,对于信噪比大于3的空间碎片,本发明的检测成功率几乎可以达到100%,对于对于信噪比小于3,而大于2的空间碎片,本发明的检测成功率几乎可以达到90%以上。该方法的实际处理效果好,能够广泛地应用到科研、及工程领域中。
以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于惯性空间的空间碎片检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:对含有空间碎片及背景恒星的图像进行综合分析,建立图像背景估计的数学模型,以用于图像背景估计;
步骤2:根据图像背景估计结果及原始的含有空间碎片及背景恒星的图像,按照给定的阈值,对图像进行全帧扫描,给出图像上所有星象的二维平面坐标扫描结果;
步骤3:根据二维平面坐标扫描结果,通过天文定位的方式,获得所有星象对应的惯性空间的三维向量;
步骤4:通过比较相邻帧星象惯性空间的三维向量,剔除图像上的背景恒星;
步骤5:根据多帧图像的背景恒星剔除结果,综合星象的判断特征,检测出图像上所有的空间碎片。
2.如权利要求1所述的一种基于惯性空间的空间碎片检测方法,其特征在于:步骤3中,根据二维平面坐标(x,y)扫描结果,通过天文定位的方式,获得所有星象的赤经α和赤纬δ,进而获得所有星象对应的惯性空间的三维向量。
3.如权利要求1所述的一种基于惯性空间的空间碎片检测方法,其特征在于:空间碎片检测采用跟踪观测模式或搜索观测模式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110531388.8A CN113295147B (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 一种基于惯性空间的空间碎片检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110531388.8A CN113295147B (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 一种基于惯性空间的空间碎片检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113295147A true CN113295147A (zh) | 2021-08-24 |
CN113295147B CN113295147B (zh) | 2022-06-07 |
Family
ID=77322251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110531388.8A Active CN113295147B (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 一种基于惯性空间的空间碎片检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113295147B (zh) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101929859A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-12-29 | 中国科学院紫金山天文台 | 一种基于图像全帧扫描的空间碎片检测方法 |
CN110345918A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-10-18 | 中国科学院紫金山天文台 | 基于恒星检索的空间碎片检测方法和*** |
CN110345919A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-10-18 | 中国科学院紫金山天文台 | 基于三维空间向量与二维平面坐标的空间碎片检测方法 |
-
2021
- 2021-05-14 CN CN202110531388.8A patent/CN113295147B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101929859A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-12-29 | 中国科学院紫金山天文台 | 一种基于图像全帧扫描的空间碎片检测方法 |
CN110345918A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-10-18 | 中国科学院紫金山天文台 | 基于恒星检索的空间碎片检测方法和*** |
CN110345919A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-10-18 | 中国科学院紫金山天文台 | 基于三维空间向量与二维平面坐标的空间碎片检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113295147B (zh) | 2022-06-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110345918B (zh) | 基于恒星检索的空间碎片检测方法和*** | |
Wang et al. | Real-time underwater onboard vision sensing system for robotic gripping | |
CN101846511B (zh) | 一种空间碎片的检测*** | |
CN110555868A (zh) | 一种复杂地面背景下运动小目标检测方法 | |
CN108645401A (zh) | 基于姿态关联图像叠加的全天时星敏感器星点提取方法 | |
CN101929859B (zh) | 一种基于图像全帧扫描的空间碎片检测方法 | |
CN108334885A (zh) | 一种视频卫星图像空间目标检测方法 | |
CN112200163B (zh) | 水下底栖生物检测方法及*** | |
CN111899345B (zh) | 一种基于2d视觉图像的三维重建方法 | |
CN110285807B (zh) | 一种高动态星敏感器 | |
CN111294520B (zh) | 一种基于fpga的实时幸运成像方法及*** | |
CN116448100A (zh) | 一种多传感器融合的近岸无人船slam方法 | |
CN114092793A (zh) | 适用于复杂水下环境的端到端生物目标检测方法 | |
CN115375581A (zh) | 基于事件时空同步的动态视觉事件流降噪效果评价方法 | |
CN110345919B (zh) | 基于三维空间向量与二维平面坐标的空间碎片检测方法 | |
CN113295147B (zh) | 一种基于惯性空间的空间碎片检测方法 | |
CN116229286B (zh) | 一种知识驱动的空间目标态势感知方法及*** | |
CN111127506A (zh) | 一种基于序列图像的海上运动目标综合检测方法 | |
CN106228571A (zh) | 面向机器人的目标物追踪检测方法及装置 | |
CN113763261B (zh) | 一种海雾气象条件下的远小目标实时检测方法 | |
Zhao et al. | An improved VIBE algorithm for fast suppression of ghosts and static objects | |
CN114821075A (zh) | 空间目标捕获方法、装置、终端设备及存储介质 | |
CN114777764B (zh) | 一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法 | |
CN115797654B (zh) | 气液两相流动中气泡泡底参数识别方法 | |
Gao et al. | Research on Image Lightweight Binocular Ranging |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 210023 No. 10, Yuanhua Road, Qixia District, Nanjing, Jiangsu Province Applicant after: PURPLE MOUNTAIN OBSERVATORY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Address before: 210008 No. 2 West Beijing Road, Jiangsu, Nanjing Applicant before: PURPLE MOUNTAIN OBSERVATORY, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
|
CB02 | Change of applicant information | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |