基于计算成像的空间近距离弱小目标检测技术

With the ever-increasing exploration and employment of near-earth space, effective surveillance of space debris has become an urgent necessity. By analyzing the feature of imaging formation of space debris on a space-based imaging system, research on the imaging procedure and methods of target detection is of magnificent importance to improve the ability of space exploration as well as surveillance.Considering the constraint, mainly caused by a need for miniaturized and light-weighted imaging devices, on space-based imaging system, it would be insufficient to meet the basic requirement of space imaging by merely improving the capability of hardware system. Therefore, in this project, an innovational image obtaining approach, based on the theory of Spatial-Temporal compressed sensing and termed as 'computational imaging', is introduced, providing another way to overcome the inabilityof traditional imaging system caused by the influence of aperture diameter on the detection sensitivity and spatial resolution. Meanwhile, an image restoration and dim weak target detection method, based on close-loop coupling theory, is proposed, in which target detection result is employed, together with image quality assessment, to form a close loop, aiming at restoring images of high detection sensitivity and high spatial resolution as well as effective close-range, dim and weak target detection. And eventually, this method will be used to deal with the problem of low Signal-to-Noise near-range dim weak target detection. The final results will be of great importance to improve the performance of space exploration and spatial surveillance.

随着人类对近地空间探索和利用的加剧，迫切需要对空间碎片进行有效监视。针对天基平台及空间碎片目标的成像特点，研究其成像方法、目标检测方法对航天探测及空间监测能力的提升具有非常重要的作用。针对传统光学成像方法受天基平台成像设备小型化、轻量化制约的问题，仅通过硬件改进的途径，不能较好的满足天基平台的成像需求。本项目将计算引入成像过程，提出了基于空-时压缩感知的计算成像数据获取方式，为较好的解决传统成像方式受物理口径对探测灵敏度和空间分辨率的局限性问题提供了一条新思路；提出了基于耦合闭环的图像重建与弱小目标检测方法，将检测结果与图像质量形成耦合闭环，相互作用，在有效的实现近距离暗弱目标检测的基础上，重建出高探测灵敏度、高空间分辨率的探测图像，最终，为实现低信噪比的近距离弱小目标检测提供一个新方法。研究成果将对提高航天探测及空间监视能力具有重要作用。

随着人类对近地空间探索和利用的加剧，迫切需要对空间碎片进行有效监测。针对天基平台及空间碎片目标的成像特点，研究其成像方法、质量提升方法对航天探测及空间监测能力的提升具有重要的作用。本课题针对传统光学成像方法受天基平台成像设备小型化、轻量化制约的问题，仅通过硬件改进的途径，不能较好的满足天基平台的成像需求。本课题将计算引入深空探测成像过程中，通过开展测量矩阵优化设计、高精度图像匹配、计算成像图像重建和图像清晰化及质量评估及应用等方面的关键技术开展研究工作，较好的实现了探测图像的高灵敏和高分辨图像获取。为航天探测和空间监测提供了新的技术方案。在国家自然科学基金青年项目的支持下，目前已在CCF A类国际会议CVPR、SCI索引源期刊Chinese Optics Letters等国际和国内重要学术期刊和会议上发表学术论文15篇，其中SCI索引3篇（1篇SCI索引源），EI索引10篇(2篇EI索引源)。其中，1篇论文被评为“第十四届中国体视学与图像分析学术会议优秀论文”。此外，还有2篇论文已被CCF A类国际会议AAAI 2017录用。目前，已申请国家发明专利共计10项，其中获已授权国家发明专利4项。进行软件著作权登记6项。研究成果已成功支撑973项目（西北工业大学为技术首席单位）的成功立项，对研究过程中发现的问题进行归纳、总结，全程参与了我国XX型号的指标、能力分析，方案设计等过程中，有效支撑了型号任务的成功立项。并且，在暗弱目标检测方面的相关研究成果，已成功应用于中国科学院西安光学精密机械研究所、中国科学院上海小卫星、中国科学院紫金山天文台等的合作任务中。