基于改进HOG特征的空间非合作目标检测

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1、航空学报ActaAerOnautjcaetAstronauticaSinjcaFeb．252016VoI．37No．2717．726lSSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxbbuaa．educnhkxb@buaa．edu．cnDoI：10．7527／S1000一6893．2015．0072基于改进HOG特征的空间非合作目标检测陈路1’2，黄攀峰1’2一，蔡佳1’21．西北工业大学航天飞行动力学技术重点实验室，西安7100722．西北工业大学航天学院智能机器人研究中心，西安710072摘要：传统的非合作目标检测方法大都基

2、于一定的匹配模板，这不仅需要预先指定先验信息，进而设计合适的检测模板，而且同一模板只能对具有相似形状的目标进行检测，不易直接用于检测形状未知的非合作目标。为降低检测过程中对目标形状等先验信息的要求，借鉴基于规范化梯度的物体区域估计方法，提出一种基于改进方向梯度直方图特征的目标检测方法，首先构建包含有自然图像和目标图像的训练数据集；然后提取标记区域的改进方向梯度直方图特征，以更好地保持局部特征的结构性，并根据级联支持向量机训练模型，从数据集中自动学习目标物体的判别特征；最后，将训练后的模型用于检测测试集图像中的目标。实验结果表明，算法在由4953

3、幅和100幅图像构成的测试集中分别取得94．5％和94．2％的检测率，平均每幅图像的检测时间约为o．031s，具有较低的时间开销，且对目标的旋转及光照变化具有一定的鲁棒性。关键词：非合作目标；目标识别；规范化梯度；方向梯度直方图；局部特征中图分类号：V412．4’1；TP301．6文献标识码：A文章编号：1000一6893(2016)02一0717—10随着航天技术的不断发展，各国对于故障卫星维修、近距离目标捕获、轨道垃圾清理等新型在轨服务技术的需求日益迫切。传统空间机器人的机械臂几乎属于全刚体系统，加上其作用范围受到机械臂长度和刚体灵活性的限

4、制，因此空间机械臂主要用于合作目标的抓捕和操作，不能很好地适应未来的空间碎片清理等任务。空间绳系机器人系统利用柔性系绳代替多自由度刚性机械臂，在任务安全性和可靠性等方面有了显著提高。系绳结构的应用不仅减少了平台向目标移动过程中的能量消耗，而且避免了平台与目标的直接接触，从而消除了与目标直接碰撞的可能，因而在未来的空间操作中有着广泛的应用前景。空间绳系机器人由空间机动平台、空间系绳和捕获装置3部分构成，如图1所示。在轨捕获过程分为3个阶段：①空间平台的绕飞阶段，即空间机动平台进行的远程、中近距离的目标搜索和监测过程；②空间绳系机器人捕获目标阶段，

5、即空间机动平台到达作用距离内时(约200m)，操作机器人被平台释放，自主完成目标追踪、识别和抓捕的过程；③空间机动平台把目标拖人坟墓轨道的过程，即空间绳系机器人抓住目标卫星后，空间机动平台将目标卫星由原轨道拖入坟墓轨道的过程‘1

6、。目标特征提取是非合作目标位姿测量的基础，在逼近非合作目标的过程中，机器人需要对目标进行识别、跟踪并测量目标的结构、运动轨迹、空间位置和三维姿态等信息。基于视觉系统的空收稿日期：2015—01—04；退修日期：2015—02—07；录用日期：2015—03—11；网络出版时间：2015．03—1814：16网络出版地址

7、：wwwcnkinet／kcms／dela¨／111929v201503181416002．html基金项目：国家自然科学基金(11272256，61005062)*通讯作者Tel：029—88460366-801E-mail：pfhuang@nwpueducnB

8、用格式I陈路．黄攀峰．蔡佳．基于改进HoG特征的空间非合作目标检瘸!JI航空学报，2016．37(2)：717．726cHENL．HUANGPF，cA

9、J．spacenon—cooperativetargetdetecttonbasedonimprovedfeatureSolhIst

10、ogramolorlentedgradlemiJ]ActaAefo．nauticaetAstr∞aulIcaS{nIca．2016．37(2)：717．726．航空学报Feb．252016VoI．37No．2唣d谶芝()Deratloll／robol0图l空旧J绳系机器人系统不意蚓Fig．1Diagramoftetheredspacerobotsystem间目标检测／识别是获取这些信息的重要手段。因此本文的出发点是根据目标检测／识别算法确定目标的待抓捕区域，缩减感兴趣区域的尺寸，从而为后续目标特征点等特征的提取排除背景信息的干扰。研究表明，尽管

11、非合作目标的结构各不相同，但它们有诸多相似的部件，如用于星箭相连的分离螺栓、对接环，用于连接太阳帆板与卫星本体的太阳帆板支架等，这些非合作目标星共有的