天基背景目标捕获算法在多谱段光谱仪中的应用
航天任务仿真是进行航天任务分析与设计的重要技术手段.随着航天产品在军事和民用领域的作用日益重要,航天任务日渐繁多和复杂,航天任务仿真正发挥着越来越重要的作用.多谱段光谱成像仪是近年来发展起来的新型光谱遥感仪器,它通过获取目标两维全色图像信息,实现对人造天体目标的跟踪,同时获取目标的多个光谱信息,完成对目标的识别和分类.通过多谱段光谱成像仪获取目标的两维全色图像,实现目标的识别与跟踪的多目标捕获算法成为核心与关键.所以进行目标捕获算法的研究和仿真验证平台的设计更具有意义.论文从分析多谱段光谱成像仪获取的全色图像出发,在对现有识别方法进行研究之后,提出了改进的识别算法:基于Fourier-Mellin图像配准与边缘提取相结合的差分算法、基于Fourier-Mellin图像配准的双差分算法以及Fourier-Mellin与质心配准相结合的差分算法.基于Fourier-Mellin图像配准与边缘提取相结合的差分算法是先采用Fourier-Mellin算法和相位相关算法求取图像的旋转角度及缩放和平移参数,得出配准点,对连续采集的两帧图像二值化,配准,差分,将差分图像与后一帧边缘提取的图像进行逻辑乘,得到目标.基于Fourier-Mellin图像配准的双差分算法是先采用Fourier-Mellin算法和相位相关算法求取图像的旋转角度和缩放及平移参数,得出配准点,对连续采集的三帧图像中的前两帧和后两帧分别进行二值化,配准,差分,然后将两幅差分图像进行逻辑乘,从而识别出目标.Fourier-Mellin与质心配准相结合的差分算法是对基于有效点的质心提取与消旋配准相结合的比较差分算法进行了改进,原来的算法中待配准图像的旋转角度是利用STK软件得到的,准确度不高,鉴于此,本文首先利用相位相关法得到旋转角度,然后再对目标进行识别,这样就可以提高配准的精度.在验证平台的搭建上,本文采用了实时性强、精度高和具备高速数据交换能力的FPGA处理系统-Xilinx公司的Spartan3A开发板进行算法的实现和验证.开发平台设计,首先利用美国AGI公司推出的应用于航天领域的顶级的、商品化的卫星系统分析软件卫星工具包(STK)模拟出的星空背景多目标运动视频流,在STK软件中保存成bmp格式应用于多目标算法研究和验证平台的测试.将得到的bmp格式的星空图像通过RS232串口发给Spartan-3ADSP1800a,Spartan-3A是Xilinx公司开发的一种新型FPGA芯片.将质心配准比较差分算法用硬件描述语言VHDL语言实现,然后通过JTGA仿真器下载到开发板中,实现算法的硬件仿真,仿真结果可以通过ISE工具观察.本文所做的工作主要是完成了天基背景多目标物捕获算法的预研和初步模拟算法验证设计,还对下一步工作提出了有益的建议.本论文的主要创新点有:提出了改进的目标识别算法-基于Fourier-Mellin图像配准与边缘提取相结合的差分算法、基于Fourier-Mellin图像配准的双差分算法、Fourier-Mellin与质心配准相结合的差分算法,星空目标捕获算法的软件设计和硬件实现技术研究.
- 作者：
- 邵秀娟
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 信号与信息处理
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2010年
- 导师姓名：
- 胡炳樑
- 中图分类号：
- TP391.41
- 关键词：
- 多谱段光谱成像仪；配准；消旋；比较差分；spartan3A
- multi-spectral imaging spectrometer；registration；eliminaterotation；comparison difference；spartan3A