一种基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法及系统

本发明涉及卫星编队，具体而言，涉及一种基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法及系统。

背景技术：

1、随着卫星编队飞行、在轨协同控制、空间光学载荷和高精度姿态控制技术的发展，利用多颗卫星在特定观测方向上形成离散发光点阵，并通过控制卫星发光载荷的开关、亮度或颜色状态呈现文字、图形、标识或动态图案，成为卫星编队应用的重要探索方向。

2、现有图案显示方法通常先对待显示图像进行二值化处理，再将前景像素点、边缘像素点或轮廓点映射至显示单元。例如，规则 led 阵列可将图像像素按照固定比例映射至led 坐标；无人机编队显示可通过预先规划各无人机位置，使其直接构成图案轮廓或填充区域。上述方法通常依赖显示单元位置可自由调整、阵列密度较高或阵列结构较规则等条件，难以直接适用于位置受轨道约束的卫星编队。

3、若在卫星编队显示中采用“图案点直接寻找最近卫星”的简单最近邻映射方法，多个图案点可能同时映射至同一颗卫星，导致局部区域卫星被重复占用，而其他区域缺少卫星参与显示。对于连续线条、尖角、细长结构或多个独立区域组成的图案，该问题更为明显，容易造成亮点过度集中、线条粗细不均、局部断裂、图案重心偏移和整体轮廓失真。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题是卫星编队显示采用简单最近邻映射方法易产生重复占用和显示不均。

2、为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，包括：

3、获取待显示图案以及卫星编队中各卫星在显示平面内的位置信息；

4、对待显示图案进行预处理，得到二值图像；

5、对二值图像分别提取前景点集、骨架点集和轮廓点集，并确定分布比例，分布比例包括骨架比例、轮廓比例和骨架轮廓比例；

6、根据分布比例识别图案类型，图案类型包括线条型图案、轮廓型图案和填充型图案；

7、根据图案类型，从对应的点集中提取点，生成模板点集；

8、根据模板点集中的模板点、旋转角度、缩放比例和平移向量，得到变换后模板点；

9、根据每个变换后模板点到最近卫星点的距离以及粗搜索代价，在旋转角度范围、缩放比例范围和平移向量范围构成的参数空间中，对候选变换参数进行粗搜索筛分，选取预设数量的候选变换参数；

10、根据变换后模板点与卫星点之间的距离代价和总匹配代价，在粗筛选后的候选变换参数中进行精搜索筛分，得到最终模板点集及最优几何变换参数；

11、根据每个卫星到其它卫星的最邻近距离，确定自适应点亮半径；

12、根据每颗卫星距离最终模板点集中最终模板点的最小距离和自适应点亮半径，确定最终点亮卫星集合。

13、第二方面，本发明还提供了一种基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示系统，包括：

14、信息获取模块，用于获取待显示图案以及卫星编队中各卫星在显示平面内的位置信息；

15、图案预处理模块，用于对待显示图案进行预处理，得到二值图像；

16、图案分析模块，用于对二值图像分别提取前景点集、骨架点集和轮廓点集，并确定分布比例，分布比例包括骨架比例、轮廓比例和骨架轮廓比例；还用于根据分布比例识别图案类型，图案类型包括线条型图案、轮廓型图案和填充型图案；

17、模板点处理模块，用于根据图案类型，从对应的点集中提取点，生成模板点集；还用于根据模板点集中的模板点、旋转角度、缩放比例和平移向量，得到变换后模板点；

18、模板点粗搜索模块，用于根据每个变换后模板点到最近卫星点的距离以及粗搜索代价，在旋转角度范围、缩放比例范围和平移向量范围构成的参数空间中，对候选变换参数进行粗搜索筛分，选取预设数量的候选变换参数；

19、模板点精搜索模块，用于根据变换后模板点与卫星点之间的距离代价和总匹配代价，在粗筛选后的候选变换参数中进行精搜索筛分，得到最终模板点集及最优几何变换参数；

20、卫星点亮分析模块，用于根据每个卫星到其它卫星的最邻近距离，确定自适应点亮半径；还用于根据每颗卫星距离最终模板点集中最终模板点的最小距离和自适应点亮半径，确定最终点亮卫星集合。

21、本发明提供了一种基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法及系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：

22、通过引入图案类型识别，对二值图像提取前景点集、骨架点集和轮廓点集，并根据分布比例识别图案类型，能够针对不同几何特征的图案选择最能代表其结构的点集来生成模板点集，避免了传统方法中对所有图案一概而论，导致对复杂图案特征捕捉不足的问题。此外，采用粗搜索筛分和精搜索筛分机制，能够在广阔的几何变换参数空间中高效地找到最优的旋转角度、缩放比例和平移向量，显著提高了匹配的效率和准确性。本方法引入了根据每个卫星到其它卫星的最邻近距离确定自适应点亮半径的机制。该自适应半径能够根据卫星编队当前的实际疏密程度进行动态调整，从而在确定最终点亮卫星集合时，既能保证图案的连续性，又能避免卫星资源的浪费，显著提升了图案显示的均匀性和视觉效果，有效解决了亮点过度集中、线条粗细不均和局部断裂的问题。通过结构化的图案分析、高效的模板匹配搜索以及自适应的卫星点亮策略，提供了一种能够有效应对卫星编队位置约束、实现高质量太空图案显示的技术方案，显著提升了卫星编队太空显示的应用潜力和效果。

1.一种基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，所述线条型图案与骨架点集对应，轮廓型图案与轮廓点集对应，填充型图案与前景点集对应；

3.如权利要求1所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，所述根据模板点集中的模板点、旋转角度、缩放比例和平移向量，得到变换后模板点之前，还包括：

4.如权利要求3所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，

5.如权利要求1所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，所述根据每个变换后模板点到最近卫星点的距离以及粗搜索代价，在旋转角度范围、缩放比例范围和平移向量范围构成的参数空间中，对候选变换参数进行粗搜索筛分，选取预设数量的候选变换参数包括：

6.如权利要求5所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，所述变换后模板点与平移卫星点集中卫星点的最近距离为：

7.如权利要求5所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，所述根据变换后模板点与卫星点之间的距离代价和总匹配代价，在粗筛选后的候选变换参数中进行精搜索筛分，得到最终模板点集及最优几何变换参数包括：

8.如权利要求1所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，所述根据每个卫星到其它卫星的最邻近距离，确定自适应点亮半径包括：

9.如权利要求1所述的基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示方法，其特征在于，还包括：

10.一种基于自适应模板匹配的卫星编队太空显示系统，其特征在于，包括：