【摘要】：隨著人類在太空探索中加快腳步,空間碎片問題也愈發(fā)嚴(yán)重�？臻g碎片對于各類飛行器系統(tǒng)損害巨大,對于空間碎片進(jìn)行檢測跟蹤亟待解決�？臻g碎片在圖像中呈弱小目標(biāo),其占據(jù)像素值少、信噪比低,紋理和形狀特征不顯著,因而難以檢測和跟蹤。本課題從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),利用圖像處理技術(shù)并基于采用ARM核的樹莓派開發(fā)板,設(shè)計(jì)了一個完整的星空背景弱小目標(biāo)檢測系統(tǒng)。本文從以下幾個方向展開:(1)對星空圖像背景和噪聲進(jìn)行了分析,研究了星空序列圖像的預(yù)處理問題。具體改進(jìn)了熱像元噪聲的檢測和消除算法,對圖像背景非均勻性進(jìn)行了校正,研究了具有高定位精度的質(zhì)心提取細(xì)分定位方法。(2)針對星空圖像的背景移動,研究了聯(lián)合相關(guān)算法和基于最大公共子序列算法優(yōu)劣,引入并改進(jìn)了基于排隊(duì)算法的圖像配準(zhǔn)方法,算法在圖像旋轉(zhuǎn)魯棒性和計(jì)算速度有明顯優(yōu)勢。改進(jìn)了配準(zhǔn)后的背景差分方法,使之滿足低信噪比條件下高檢測率和低虛警率的應(yīng)用需求。在信噪比低至約3.3(2.32SNR5.24)時,檢測率能夠達(dá)到96.5%,虛警率低于4%。(3)提出一種基于主星輪狀編碼的星圖識別算法,并基于該算法研究了星背景抑制目標(biāo)檢測算法。星圖識別算法在降低誤匹配概率的同時提高算法效率,魯棒性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)柵格算法與金字塔算法。算法具有識別時間短,數(shù)據(jù)庫容量小的特點(diǎn),其識別率優(yōu)于98%。(4)研究了Kalman濾波和粒子濾波的弱小目標(biāo)跟蹤算法,采用真實(shí)星空圖像仿真驗(yàn)證了優(yōu)化后的算法性能,跟蹤均方根誤差優(yōu)于1 pixel�；跇漭捎布脚_和OpenCV視覺庫設(shè)計(jì)了星空背景空間碎片檢測與跟蹤系統(tǒng),驗(yàn)證了算法實(shí)時性要求。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V528;TP391.41
【圖文】：

（b）圖 1.1a （北極上空）地球同步軌道目標(biāo)圖編目標(biāo)每月數(shù)量分類統(tǒng)計(jì)圖（NASA 下屬美國太空Figure 1.1 a GEO Polar imagesnthly number of objects in earth orbit by object type[大于 1mm 的碎片超過 1 億件, 直徑超過一顆彈件，就連大于壘球（＞10cm）大小的碎片都的尺寸大小定義碎片，直觀地講小碎片約有玻，大碎片則是超過了中等碎片大小。目前太空：

小于 1 大于 3000 次衛(wèi)星利用的環(huán)繞地球軌道上運(yùn)行著數(shù)量非常龐大的各種大小碎片，5%是正在工作的航天器，航天器生�？臻g碎片對航天器高速撞擊帶來的災(zāi)難性結(jié)果遠(yuǎn)美國好萊塢 2015 年拍攝的電影《地心引力》中就預(yù)星，導(dǎo)致碎片撞擊航天飛機(jī)、宇宙飛船和國際空間難的場景。在現(xiàn)實(shí)中，太空垃圾會運(yùn)行在多種軌道片在地球靜止軌道（約 36000km）上的運(yùn)行速度能近（約 300km-450km）的碎片速度可以達(dá)到 7-8km，碎片與航天器碰撞時的相對速度甚至可以高達(dá) 1所述的一塊大碎片就完全足夠摧毀航天器，中等表面穿孔、產(chǎn)生撞擊孔洞，進(jìn)而危及宇航員的生命安 1.2 所示：

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本文編號：2717280