空间目标星象质心定位方法

摘要

本发明公开了一种空间目标星象质心定位方法，用于解决现有的空间目标星象质心定位方法精度低的技术问题。技术方案是借助于空间目标星象的弥散斑成像机理，通过其能量分布集中度进行目标区域的精确提取，避免了固定阈值的二值化分割提取目标区域时对阈值的依赖性，具有普遍适用的能力。其次，考虑到图像背景噪声将引入的定位误差，采用对能量集中分布提取的目标精确光斑区域中的有效像元进行灰度修正，提高了质心定位的精度，使得质心定位误差由背景技术的0.5像元提高至0.08像元。

主权项

1.一种空间目标星象质心定位方法，其特征在于包括下述步骤：(a)对图像大小为m×n的全局图像计算背景均值mean和标准差var：$\mathrm{mean}=\frac{1}{m\times n}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}I(i,j)---\left(1\right)$${\mathrm{var}}^2=\frac{1}{m\times n}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(I(i,j)-\mathrm{mean})}^2---\left(2\right)$式中，I(i，j)表示灰度值，通过给定经验值α，计算目标区域粗定位的二值化分割阈值Ths：Ths＝mean+α×var                    (3)式中，m×n表示图像大小，m表示图像的行值，n表示图像的列值，mean表示输入信号的均值，var表示输入信号的标准差，α为给定的经验值，α＝3，Ths表示目标区域粗定位的判定阈值；按照公式(4-9)计算粗定位的目标区域：$\mathrm{JointArea}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}1,& I(i,j)\ge \mathrm{Ths}\\ 0,& I(i,j)<\mathrm{Ths}\end{array}\right.---\left(4\right)$pos(i，j)＝find(JointArea(i，j))                        (5)pos_left＝min(pos(：，1))-3                             (6)pos_right＝max(pos(：，1))+3                            (7)pos_top＝max(pos(：，2))-3                              (8)pos_down＝max(pos(：，2))+3                             (9)式中，JointArea表示粗定位的目标区域，find(·)表示查找粗定位的目标区域的坐标位置，pos(i，j)表示find(·)查找到的目标有效区域的坐标位置，pos(：，1)表示pos(i，j)的第一列，pos(：，2)表示pos(i，j)的第二列，因此，pos_left和pos_right即为粗判定出的目标区域的左、右边界位置，pos_top和pos_down即为粗判定出的目标区域的上、下边界位置；(b)依据目标星象弥散斑的能量分布成像满足能量集中度为80％的成像机理，按照公式(10)计算目标区域的能量：$E=\underset{x=\mathrm{pos}\_\mathrm{left}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{right}}{\Sigma }}\underset{y=\mathrm{pos}\_\mathrm{top}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{down}}{\Sigma }}I{(x,y)}^2---\left(10\right)$式中，E表示计算的粗定位目标区域的能量值，x和y表示区域内的坐标，其中pos_left＜x＜pos_right，pos_top＜y＜pos_down；能量集中区域的提取需要同时满足公式(11)和公式(12)的条件，即当I(x，y)大于阈值Ths′时，计算其能量，需要满足能量大于总能量的η倍，若不满足，需要重新调整Ths′的值，直到同时满足这两个条件；$I(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1,& I(x,y)\ge {\mathrm{Ths}}^{\prime }\\ 0,& I(x,y)<{\mathrm{Ths}}^{\prime }\end{array}\right.---\left(11\right)$$\underset{x=\mathrm{pos}\_\mathrm{left}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{right}}{\Sigma }}\underset{y=\mathrm{pos}\_\mathrm{top}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{down}}{\Sigma }}I{(x,y)}^2\ge \mathrm{\eta E}---\left(12\right)$式中，η表示CCD相机弥散斑能量集中度，η＝80％；Ths′表示满足能量集中度后新的判定阈值；(c)依据能量集中获取的新的目标分割判定阈值Ths′，对目标星象进行二值化分割，得到目标星象的二值化图StarArea：$\mathrm{StarArea}(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}1,& I(x,y)\ge {\mathrm{Ths}}^{\prime }\\ 0,& I(x,y)<{\mathrm{Ths}}^{\prime }\end{array}\right.---\left(13\right)$式中，StarArea表示精确分割后的星体目标的二值化分割图，其中1值表示该像元为目标星体，0值表示该像元为背景；(d)采用公式(14)对二值化图StarArea中值为1的像元进行灰度值修正：$\left\{\begin{array}{cc}I(x,y)=I(x,y)-\mathrm{Ths},& \mathrm{StarArea}(x,y)=1\\ I(x,y)=0,& \mathrm{StarArea}(x,y)=0\end{array}\right.---\left(14\right)$利用修正后的灰度值，采用公式(15)计算得到空间目标星象的精确质心坐标位置$\hat{x}=\frac{\underset{x=\mathrm{pos}\_\mathrm{left}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{right}}{\Sigma }}\underset{y=\mathrm{pos}\_\mathrm{top}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{down}}{\Sigma }}x\times I{(x,y)}^2}{\underset{x=\mathrm{pos}\_\mathrm{left}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{right}}{\Sigma }}\underset{y=\mathrm{pos}\_\mathrm{top}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{down}}{\Sigma }}I{(x,y)}^2},$$\hat{y}=\frac{\underset{x=\mathrm{pos}\_\mathrm{left}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{right}}{\Sigma }}\underset{y=\mathrm{pos}\_\mathrm{top}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{down}}{\Sigma }}y\times I{(x,y)}^2}{\underset{x=\mathrm{pos}\_\mathrm{left}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{right}}{\Sigma }}\underset{y=\mathrm{pos}\_\mathrm{top}}{\overset{\mathrm{pos}\_\mathrm{down}}{\Sigma }}I{(x,y)}^2}---\left(15\right).$