1空间目标虚警来源

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1、1空间目标虚警来源在天文光电观测系统中，空间目标如卫星、太空碎片等，通过自身反射太阳光能量穿过空间大气层后到达地面，少部分能量被光学系统聚集到CCD传感器上，再经过光电转换形成电信号，其成像是一个复杂的过程。在此过程中，空间目标所处的深空背景，如数目众多的恒星目标、星云等，复杂的气象条件如薄云、月光等，CCD传感器噪声如热噪声、散粒噪声、目标拖尾(Smear)等，都是影响空间目标检测的干扰因素，都有可能产生虚警。天文光电图像序列f(x，y，k)可以描述为f(x,y,)=kfT(x,y,k)+fS(x,y,)+kfBk(x,y,k)+n

2、(x,y,)(1)其中：x和y分别表示图像序列的列坐标(x轴)和行坐标(y轴)，k为图像序列中的帧序号；f(x，y，k)为第k帧图像(x，y)处的像素灰度；fT、fS、fB、n分别表示空间目标、恒星目标、背景以及噪声的灰度。典型的天文光电图像序列中的一帧如图1所示，大小为2084×2084×16bits，图中有4个空间目标(图中加框显示)和400多个恒星目标。图像中存在数目众多的恒星目标，是空间目标虚警的主要来源。高灵敏度、高分辨率科学级CCD相机和一定口径、光学性能优异的光学系统的使用大大提高了空间目标的探测能力，使系统能够探测到轨道更高、

3、尺寸更小的空间目标，但同时也大大提高了恒星目标的可探测星等。恒星目标的大小、亮度、形状与空间目标十分相似，都是只占少量像素的灰度奇异点，与空间目标存在着“同物异像”、“异物同像”的问题，仅靠单帧图像信息难以对其区分，由此带来了两者检测时的相互干扰，尤其表现在空间目标检测时会引入较多的恒星目标虚警。除了空间目标、恒星目标及其引起的拖尾之外，图像中广泛分布着具有时空域双重平稳性和时空域双重强相关性特点的背景图像和时空域都不相关的图像噪声[1]。复杂的背景图像往往使得目标检测过程中背景无法完全抑制，进而影响目标检测概率和虚警概率，而图像噪声更是加剧了

4、目标检测概率的降低和虚警概率的上升。对外场实测数据分析得知，在月光、薄云等的不良气象条件干扰下，天文光电图像对比度显著下降，噪声图像更加明显，导致目标信噪比降低，弱小目标往往淹没在噪声图像之中。2空间目标虚警消除方法2.1利用目标的基本特征消除虚警对目标的成像特征进行提取与建模，为空间目标虚警消除提供了大量的判决依据，有助于空间目标的低虚警概率检测识别。由于光学系统的点扩散函数(PointSpreadFunction)、大气扰动等影响，恒星目标和运动速度较小的空间目标成像近似为一圆形光斑；而运动速度较快的空间目标，在CCD积分时间内成像产生明显

5、的运动模糊，表现在图像上为椭圆形或长条形。无论是空间目标还是恒星目标，其在CCD上的成像都可用下面的参数表征[2]：1)目标的位置信息：亚像素质心坐标(xk，yk)2)目标的大小信息：目标的长度(length)和高度(height)，目标的像素数或面积(size)3)目标的灰度信息：最大亮度(max_lum)，平均亮度(avg_lum)，总亮度(tol_lum)，信噪比(SNR)利用目标的基本特征来消除虚警，主要是针对图像噪声等产生的虚警。该类虚警像素呈现为单点或随机散粒状，亮度特征不明显，信噪比低。可采用如上的目标特征参数，设定适当的阈值来对

6、目标进行识别。2.2消除过亮目标拖尾产生的虚警过亮目标拖尾产生的虚警可分为两种：恒星目标拖尾产生的虚警和空间目标拖尾产生的虚警。这两种虚警，其基本特征与图像中的暗弱目标相似，亮度特征甚至还要亮于暗弱目标。但是，该类虚警分布在恒星目标/空间目标的拖尾上，且其信噪比一般比较低，亮度远低于引起该拖尾的恒星目标/空间目标。因此，消除该类虚警，可以根据亮度和信噪比准则对拖尾上可疑目标进行筛选，关键在于目标拖尾的定位。注意到，恒星目标的拖尾为竖直方向，会对目标所在列图像造成影响，拖尾的列方向长度为单路CCD读出电路对应的光敏元阵列的大小。因此，可以统计图像

7、列方向上的灰度均值或灰度和来快速判断该列是否有恒星拖尾。以图1的上半部图像为例，如图3所示，具体方法为：1)计算图像每一列的列均值{a(x)}；2)采用1×25的水平结构算子，对{a(x)}做形态学Top-hat变换，得到{b(x)}；3)对{b(x)}进行以T=E+k×σ阈值分割，得到{c(x)}。{c(x)}非零元素的列坐标即为拖尾所在列坐标，数值的大小反映了拖尾的相对强弱。其中E和σ分别为{b(x)}的均值和标准差，k一般取2~4。一般空间目标拖尾是倾斜的，使其无法采用恒星目标拖尾定位的快速方法。文献[3]采用了两点组合的Hough变换改

8、进算法，实现了空间目标拖尾及空间目标的检测。但是，若已知空间目标的先验信息(如轨道预报、航迹预测等)，则其拖尾的定位将变得更加简单。假设空间目标的坐标