[发明专利]基于多光谱视频的空间点目标旋转周期估计方法

说明书

本发明公开了一种基于多光谱视频的空间点目标旋转周期估计方法，旨在解决在复杂光照条件下现有技术中存在的基于光度的空间点目标旋转周期估计方法存在精度不足的技术问题。本发明首先获取多帧光谱图像，再求取每一帧光谱图像的平均光谱曲线；然后计算光谱角差异；接着获取光谱时变曲线；再选取候选点；获取候选点对应的周期；最后进行周期验证以及最终旋转周期的计算；本发明能够解决传统光度估计方法对于点目标周期估计误差较大的问题，利用多光谱信息能够更好的区分空间目标的不同姿态。

技术领域

本发明涉及空间目标，具体涉及一种基于多光谱视频的空间点目标旋转周期估计方法。

背景技术

空间目标包括空间碎片、卫星、空间飞行器等，一些工作状态异常或失效的卫星和飞行器，其失去动力后在轨道上处于自由旋转的状态，通过对空间目标的旋转周期进行估计，有助于判断目标是否正常工作。由于多数目标，特别是高轨目标分布范围广，为了保证观测效率以及自身的安全，通常在远距离(100km以上)进行观测，因此目标的形状信息不可知，其成像为空间背景下的一个点或弥散斑。

现有的空间点目标姿态状态估计方法大多基于光度信息进行估计，即通过其反射光照强度的周期性变化来估计其旋转周期。由于卫星、空间碎片等目标多个表面的光度有可能出现相似的情况，此外光度的强度也容易受到环境光照因素的影响，因此基于光度的空间点目标旋转周期估计方法存在精度不足的缺点。

发明内容

本发明旨在解决在复杂光照条件下现有技术中存在的基于光度的空间点目标旋转周期估计方法存在精度不足的技术问题，考虑到多数空间目标，包括卫星、空间飞行器和部分空间碎片都由多种材质组成，其表面不同区域的光谱反射率不同，因此本发明提出一种基于光谱信息的目标旋转周期估计方法，通过光谱变换来判断卫星姿态角的变化，比通过光度变化的估计精度更高。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于多光谱视频的空间点目标旋转周期估计方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)利用视频光谱仪获取目标区域连续的多帧光谱图像，每帧光谱图像包含至少四个不同谱段的光谱；

2)利用自适应阈值方法检测第一帧光谱图像中目标所占像素点；

3)对每个像素点求其在各个谱段的最大像素值，形成一张最大像素值图像；

4)在最大像素值图像中，以所有像素值中最大像素值的m％作为阈值，对最大像素值图像进行阈值分割，提取所有像素值大于阈值的像素点构成目标像素点序列，其中20≤m≤40；

5)找出目标像素点序列中任一像素点在原始的第一帧光谱图像中对应的多个光谱，求该像素点的光谱平均值；

6)重复步骤5)，求解出目标像素点序列中其余像素点的光谱平均值；

7)对目标像素点序列中所有像素点的光谱平均值进行拟合得到第一帧光谱图像的平均光谱曲线，记为S₁；

8)重复步骤2)至步骤7)，分别计算其余每一帧光谱图像的平均光谱曲线，记第t帧的平均光谱曲线为S_t；

9)计算每一帧光谱图像与第一帧光谱图像之间的光谱角差异d_t；

10)将计算的所有光谱角差异d_t连成一个一维向量D＝{d₁，d₂，d₃…d_N}，N为总帧数，记为目标的光谱时变曲线D；

11)对光谱时变曲线D做快速傅里叶变换得到频域向量F，将频域向量F中大于0.5·F_m的峰值点作为候选点，F_m为F的最大值；

12)计算频域向量F中候选点所对应的周期：