星敏感器抗杂光的复合型背景估计星图处理算法

星敏感器在太空作业时，易受到太阳光、月光和地气光等杂光的干扰，导致拍摄的星图灰度整体升高，背景均匀性较差，难以准确提取到星点坐标。针对上述问题并结合现有算法提出了一种复合型背景估计的杂光干扰下星图处理算法。首先，星点具有经点扩散成像后尺寸为直径3×3至7×7的特征，设计相应的背景估计模板，最后为提高算法鲁棒性，提高局部信息的利用率，再设计一个像素估计模板，两个估计模板同时计算后处理数据实现阈值分割；最后进行星点质心计算。通过试验证明该方法可以较好地抵抗杂光干扰，提高杂光背景下星点提取的精度。     

基于最优背景估计的星敏感器抗杂散光星点提取方法

研究了杂散光干扰下星敏感器星点提取问题。在杂散光干扰下,星点提取的效果会变差,这会使解算的姿态不准确和不可靠。为了抵抗杂散光干扰,提出了一种基于最优背景估计的抗杂散光星点提取方法。首先,分析了杂散光在星敏感器中的成像特点,构建了杂散光的具有闭合解的曲面模型;然后,设计了基于最优曲面的杂散光背景估计方法和星点提取方法;最后,采用仿真的杂散光图像和星敏感器采集的杂散光图像验证了算法的性能。实验结果表明:该方法得到的星点检测率、误检率和质心定位精度均优于现有基于背景和形态学的方法,该方法对杂散光有较好的抑制能力。     

高精度背景可控星图模拟器设计

为了实现星敏感器的地面标定和精度测试, 研制一套具有可变星图背景的高精度星图模拟器, 要求该系统的单星位置精度优于10。采用高精度静态目标标准源作为星图模拟器的核心器件, 配合一种亮度可控照明系统, 实现星点和背景的同时模拟, 并设计准直光学系统, 使模拟星图与背景成平行光出射, 在星敏感器出瞳处产生星图, 完成背景可控、星点位置精度高的星图模拟。最后, 提出提高星点位置模拟精度的方法, 并利用经纬仪实测星点位置精度, 配合照度计测试背景亮度。从实验结果可知, 该模拟器的星图模拟精度优于10, 背景亮度可实现26倍调整, 可用于高精度星敏感器的地面标定和精度测试。     

基于matlab的星图背景提取数字滤波器设计与分析

在星敏感器系统中，对星图进行处理提取星点是很关键的一步，本文就是围绕星点提取来设计背景估计数字滤波器，并对在相同条件下所设计出的滤波器进行比较分析，得出了一定的结论。数字滤波器的设计是基于matlab信号处理工具箱的，这种设计滤波器的方法简化了流程，结果直观，易于实现。     

一种静态星模拟器的设计与星点位置修正方法

为了实现对高精度星敏感器的地面标定,设计了一种大视场静态星模拟器,其星间角距精度要求优于20(″).采用星点分划板作为核心显示器件来模拟星图,通过设计大视场小畸变光学系统使模拟星图成平行光出射,在星敏感器入瞳位置产生星图.为保证星点板的星图模拟精度,提出了一种星点位置的修正方法.实验结果表明,经过星点位置修正后的静态星...     

星敏感器的星点定位方法研究

介绍了星敏感器的基本工作原理,分析了星图的特点．并结合星图的特点对星图阈值的确定和内插细分算法进行了研究,从理论和实践两个方面对星点定位算法进行了分析,最后确定了适合星图使用的星点定位方法。并用星敏感器对该定位方法进行了试验检验,取得了较为满意的结果。     

实时星图预处理的并行流水线算法

为提高星敏感器的星图预处理速度,减少嵌入式资源消耗,提出了一种并行流水线算法.剔除了星像点本身对背景噪声标准差(噪声水平)和均值两个特征值估计的影响,建立了是否开展滤噪的准则,确定了星图噪声的提取阈值,保证了质心定位精度.将星图缓存量降低至两行数据,用100个移位寄存器记录连通域标号,解决了嵌入式资源浪费和连通域溢出问题.仿真结果表明,50 M速率输入的496×496星图流水处理完成后延迟10 μs便可实时输出需要的亮星数据,使用的存储器和寄存器资源不到80 kB.加入背景电平和高斯噪声后,在信噪比大于1的条件下质心精度优于1/23像素量级,验证了并行流水线的实时星图预处理算法的有效性,有助于提高星敏感器数据输出率及抗动态性能.     

CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响

星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标，影响该精度的主要因素有：光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的，但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器，对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算；基于亚像素细分质心算法，针对各噪声的分布特点及规律，分别推导出各自的均方根误差，综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声；影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声；对6等星进行星点位置的估计，CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。     

一种多主星模型的多视场星图识别方法

甚高精度星敏感器往往需要小视场、大面阵以确保较高的角分辨率,然而视场小容易导致星图识别可靠性降低。针对多视场甚高精度星敏感器,本文提出了一种多主星模型的多视场星图识别方法。该方法首先以某一视场星敏感器为基准,利用星敏感器之间的相对安装关系,将其他视场星敏感器探测到的星点转换到基准坐标系下的矢量,然后在每个视场中各自确定一个主星,以主星为基准,利用角距信息,星等信息作为识别标识,构造多个基准三角形模型,利用分段拟合的查找方式,实现多个视场联合星图识别。以高分七号卫星国产双视场星敏为对象,利用下传的原始星图进行试验,结果表明,相对于传统多视场星图识别算法而言,本文所提出的星图识别方法识别率达到99.6,可靠性更好。     

利用仿真星图的星敏感器地面功能测试方法

介绍了一种基于仿真星图的星敏感器地面功能测试方法.该方法对卫星(飞行器)运动轨道和姿态参数及星敏感器的姿态参数进行仿真计算、模拟生成星敏感器在轨状态下的仿真星图.星敏感器以此仿真星图作为测试信号源,通过对仿真星图的处理,实现对星点定位、星图识别、姿态计算等功能的全面测试.为简化电路设计,该方法选用星敏感器现有接口作为通讯接口.为满足功能测试的实时性需求,采取局部更新的手段来减少星图传输数据量.实验表明,该方法能对星敏感器电子部件的功能进行有效验证,在使用RS232接口、波特率设置为115 200 bps的情况下,可以实现20 Hz数据更新率的测试.该方法实现简单、通用性强且不依赖其他外部设备,可以满足航天环境试验和整星联调阶段的功能测试任务要求.     

基于最大后验估计的动态星图目标提取方法

深空探测时,由于星敏感器受到多种复合运动影响,使拍摄星图存在严重运动模糊,信噪比低。采用Sureshrink小波方法去噪,能够有效保留星图的边缘信息和灰度信息;根据星图梯度符合拉普拉斯分布的先验信息,提出一种基于最大后验概率估计方法的星图去模糊模型,并对动态模糊星图进行去模糊处理。仿真结果表明,高动态时,经过所提出的去模糊方法处理后的星图不会出现维纳滤波方法中的振铃影响,处理速度和提取质心精度优于Richardson-Lucy滤波,质心精度优于0.1个像素,满足动态星敏感器的处理精度和速度要求。     

星敏感器光学系统设计及杂散光抑制技术研究

在星敏感器实际应用中,光学系统杂散光的存在会引起星点模糊或者被遮挡。文中根据星敏感器对口径、视场、光谱范围和探测能力的要求,采用Code V软件完成了星敏感器光学系统的设计,最终设计参数为口径15 mm、视场18°、光谱范围400~750 nm、探测能力5等星,并利用CAD画图软件设计了锥形结构遮光罩,遮光罩叶片视场边界为19°,共9片挡光环,最前端面距离窗口玻璃190.76 mm,最前端面口径108.76 mm,太阳规避角25°,同时利用ASAP软件分析了光学系统对杂散光的抑制能力,根据杂散光评价指标点源透射比(PST),在25°太阳规避角时,系统满足5等星探测能力需求,验证了杂散光分析方法、分析模型的正确性。     

基于最恰对比度显著性分析的红外弱小目标检测方法

针对红外图像弱目标检测困难的现状,提出一种基于最恰对比度显著性分析的红外弱小目标检测方法,在滑动窗口中采用了非线性处理技术对图像进行处理,避免了传统的显著度分析算法处理图像时在景像边缘处产生的显著度值干扰问题,同时不影响在目标区域对目标的提取能力。进行了大量的半实物仿真实验,结果表明,虽然提出的方法在背景抑制因子中未明显提高,但在均值信噪比和信噪比增益两个指标中对目标检测性能明显增强。在图像处理后的三种方法视觉对比图中,效果最好。     

一种运动背景序列星图弱小目标运动轨迹提取算法

提出了一种序列星图中目标的运动轨迹提取算法.利用交叉投影方法提取星点,确定包含星点的区域;提出一种基于自适应窗口选择PIV技术的序列星图全局运动参数估计算法,并对序列星图进行配准,滤除背景恒星;提出一种目标运动轨迹的提取箅法.实验结果表明该算法对于空间小目标(≥1 pixel)在序列图像中运动轨迹不连续的情况可以进行准确的运动轨迹提取,具有较强的鲁棒性.     

基于非平稳背景下的红外小目标检测

针对非平稳复杂背景下单帧图像的红外小目标检测概率较低的问题,该文提出了一种基于当前残差的改进M估计的红外背景预测和抑制算法。该算法利用M估计的基本模型预测背景,将目标像素和观测噪声视为背景估计的混合干扰,提出与背景图像残差相关的校正函数c()自适应地调整估计增益,从而减小异常样本对背景估计的影响,提高了估计的准确性。同时引入遗忘因子使算法能够适应于非均匀复杂背景的估计,提高了算法的鲁棒性。多组红外图像实验表明:所提算法不仅能够在非平稳背景下有效地估计背景,还能在滤除背景的同时最大程度地保留目标像素的信息,提高了目标的检测概率。     

基于非线性抗噪声估计的视觉显著性弱小目标检测

针对红外图像处理技术中弱小目标检测的重要性及关键性,提出一种基于非线性抗噪声估计的检测算法来解决高可靠性、高鲁棒性的弱小目标检测问题。提出的方法基于传统视觉显著度算法及空间距离处理方法,对目标及背景区域采用非线性加权方法进行估计,在不显著降低目标信号信噪比的基础上,削弱孤立微小噪声点对检测算法性能的影响,可提高抗噪性能。首先,采用模块化及非线性映射方式预测背景;然后,融入距离相关因子滤除噪声干扰;最后,在处理结束的图像上进行二值化阈值分割,自动检测并向下一级处理软件输出目标位置信息。实验结果表明:提出的算法与近年来先进的弱小目标检测算法相比,在受试者测试曲线上,在相同的虚警率下,可获得更高的检测率,对背景噪声的抑制很明显;在局部信噪比及背景抑制因子的测试比对数据上,提出的算法可获得更高的检测指标。缺点是算法采用了非线性处理技术,运算效率较低,需进一步优化算法以提高计算速度,实现算法的实时目标检测。     

吸收涂层法抑制龙虾眼透镜杂散光

龙虾眼光学的灵感来自于生物界中龙虾眼睛独特的结构形式。龙虾眼透镜的像点是十字形分布,由焦臂、焦点组成,在光波段应用存在明显的背景杂光,严重制约了其应用。通过对龙虾眼透镜的聚焦过程进行分析,提出了使用吸收涂层法对龙虾眼透镜杂散光进行抑制,综合运用末端涂层法和贯穿涂层法消除十字焦臂及背景光从而抑制杂散光。通过使用杂光分析软件进行建模对比分析表明,在不降低中心焦点照度的前提下,使用吸收涂层可以显著抑制龙虾眼透镜的杂光。背景杂光水平降低约一个数量级,而十字焦臂弥散减小并且强度下降约40%。从而可以明显提高信噪比与图像的对比度。     

Correction of stray light and filter scratch blurring for ASTER imagery

Stray light components in images obtained by the shortwave infrared (SWIR) and visible near-infrared (VNIR) radiometers of the Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer (ASTER) were investigated. A simple method, which is equivalent to the van Cittert method of deconvolution, was used for correction. The stray light components were estimated using the image obtained during lunar observation, and the improvement in image quality was examined after stray light correction. The calculation is performed in the space domain, and application to the filter scratch problem of the ASTER/SWIR sensor, which has a scratch on the interference filter resulting in partially degenerated images, is also demonstrated.