凝視觀測圖像空間弱小目標檢測方法

王鯤鵬 ，馬超偉,2，侯 旺，王東亞

(1.北京跟蹤與通信技術研究所，北京 100094；2.北京理工大學信息與電子學院，北京 100081；3.國防科技大學航天科學與工程學院，湖南 長沙 410073)

引言

凝視觀測是空間目標監視常采用的一種觀測模式，光學望遠鏡始終對準恒星目標，圖像中恒星目標位置基本保持不變，則圖像中運動目標即為待檢測目標。由于觀測系統視場大，衛星、碎片等空間目標在圖像中的成像尺寸往往較小，且其信號強度較弱，細節特征基本缺失，易受月光、天光、薄云、大氣湍流等氣候條件和高亮目標拖尾等因素的影響，目標檢測難度較大[1-2]。當前，弱小目標檢測方法可以大致分成兩類：跟蹤前檢測(detect before track-DBT)和檢測前跟蹤(track before detect-TBD)兩大類。DBT方法[3-5]對每幀圖像都作出目標存在與否的判斷，隨后目標跟蹤算法將觀測結果與目標軌跡進行關聯，作出相應判決。常見的方法包括空域背景預測方法、熵方法、圖像分割方法、馬爾科夫隨機場正則化方法和小波變換方法等，這些方法主要是利用目標圖像的空間特性來檢測小目標，忽略了目標和背景雜波的時間特性；TBD方法[6-8]將空間和時間信息融入多幀圖像處理過程中，在三維圖像空間中對所有可能軌跡進行跟蹤，若某條軌跡的后驗概率函數值超過某一門限，則認為該條軌跡代表一個目標。常見的方法包括管道濾波、多假設檢驗、動態規劃、貝葉斯濾波、三維匹配濾波和時域濾波等方法，較適合低信噪比(如弱小目標淹沒在復雜背景或噪聲)條件下的目標檢測問題，但計算量往往較大。……