基于snake模型的空间目标跟踪方法-紫金山天文台.pdf

第卷第期 天 文 学 报 年月 基于模型的空间目标跟踪方法∗ 许占伟12† 王 歆12‡ 中国科学院紫金山天文台南京 中国科学院空间目标与碎片观测重点实验室南京 摘要 针对低轨变光空间目标和较亮空间目标的跟踪不稳问题 采用主动轮廓模型 提 出一种改进的算法 实现了星像实际轮廓的实时有哪些信誉好的足球投注网站 结合滤波外推 实现了一种空间目标的自适应跟踪方法实验表明 跟踪过程中方法能够克服采用固定窗 口带来的跟踪误差 提高跟踪的稳健性 关键词 航天器 望远镜 技术图像处理 中图分类号 文献标识码 引言 光学观测是空间目标监视的重要手段, 空间目标的自动跟踪是空间目标监视的关键 技术. 跟踪的鲁棒性直接关系到空间目标的自动识别、定位和编目精度以及望远镜的运 行效率. 空间目标的自动跟踪是指在获取空间目标初始航迹后, 根据实时采集结果外推 跟踪位置, 引导望远镜完成对空间目标的后续弧段的自动跟踪, 跟踪过程包含了外推和 实时采集两个不断重复的交互过程. 由于空间目标运动较快, 采集帧频较高, 对采集图像进行全图像处理耗费时间太长, 因此多数采用在空间目标预测位置处开窗, 以窗口质心作为目标质心. 空间目标由于自 身姿态调整或云层遮挡等原因, 其视亮度会发生较大变化,在CCD图像上反映为其成像 的大小变化. 采用固定窗口时, 成像大小的变化会使得窗口无法完全包含目标或者窗口 内还有其他目标, 从而导致窗口质心和目标质心偏差增大, 严重时造成失跟 . 而对于 极其明亮的目标, 例如国际空间站等, 在CCD图像上成像面积很大, 固定窗口往往仅覆 盖了成像中心区域的很小一部分, 从而导致跟踪效果不佳. 文献[2-3]提出了根据成像大小自适应改变窗口大小的方法,一定程度上解决了由于 目标成像尺寸变化带来的跟踪不稳问题, 但若窗口中出现较强干扰时, 窗口仍不能很好 地包络住目标, 影响跟踪效果. 文献[4-5]将均值漂移(Meanshift)方法引入空间目标跟踪, 可实现固定窗口的位置调整, 但对于干扰造成的跟踪误差仍不能修正, 只能丢弃采样, 影 响采集效率. 收到原稿 国家自然科学基金项目资助 天 文 学 报 卷 本文从主动轮廓模型出发, 不使用固定的矩形窗口, 而是有哪些信誉好的足球投注网站空间目标星像的实际 轮廓. 在改进GVF-Snake算法的基础上, 和Kalman滤波相结合, 形成了一种空间目标线 性自适应跟踪方法, 有效地解决了变光和成像较大空间目标的跟踪问题. 星像轮廓的获取 模型 Snake模型是Kass等人为了跟踪人脸嘴部的轮廓于1988年提出的一种主动轮廓模 型(active contour model), 由于其在图像噪声和图像对比度方面的卓越表现, 并且其 能很好地获得目标的封闭轮廓, 在图像处理领域获得广泛的应用. Snake模型将目标轮 廓作为一条连续的弹性曲线, 并定义相应的能量函数, 基于能量最小化准则进行曲线 变形, 从而使该弹性曲线向目标实际轮廓逼近, 能量函数最小值处即为目标真实轮廓. Snake模型有效地将底层局部图像特征和目标外形轮廓线全局信息相互融合, 从而实现 图像的分割和识别. 定义参数化轮廓线 的参数化方程为: () = [() ()] ∈ [0 1] (1) 其中和是曲线在2维图像上的