[发明专利]一种星敏感器白天测星图像的预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天图像处理领域，特别涉及一种星敏感器白天测星图像的预处理方法。

背景技术

星敏感器是一种以恒星为参考点的高精度姿态测量仪器，具有自主导航能力强和无累积误差等优点，已经广泛应用于大气层外航天器导航系统中。在大气层内，随着高技术条件下的现代飞行任务需要不断提高，对飞机导航系统，特别是对姿态精度要求也越来越高，这样使得星敏感器的大气层内应用受到越来越多的关注。星敏感器要在大气层内工作，首先要实现白天测星。影响星敏感器白天测星图像质量的主要因素有：一、强背景噪声；二、星点的抖动、模糊和拖尾。

星敏感器在大气层内工作时，其成像的背景环境比较复杂，其中主要是由于大气对太阳光的散射造成的，表现为噪声强度大，变化未知。当前，对复杂背景下星敏感器成像星图的预处理，可以分为以下几种：

（1）多帧累加求平均。该方法是将不同时刻的多帧图像对应像素点的灰度值相加，然后求取它们的时间均值图像。该方法可以消除随机噪声，但是缺点是只能针对静态或者在连续几帧中保持相对静止的探测目标，而且在噪声很强的情况下，作用很小。

（2）高通滤波。该方法是只对低于某一给定频率下的频率成分有衰减作用，而允许这个截止频率以上的频率成分通过，主要用来消除低频噪声。该方法在噪声干扰较弱的情况下效果显著，但是缺点是如果目标边缘信号也很强，很容易使背景噪声通过，造成“背景泄露”。

（3）小波变换。该方法是将一个时域信号变换到频域，以便可以更好地观察分析信号的局部特性。它通过伸缩平移运算对信号（函数）逐步进行多尺度细化，最终达到高频段时间细分，低频处频率细分，能自动适应信号分析的要求。但是该方法的缺点是一旦小波基函数选定后，其特性就固定，并且在不同尺度上得到的逼近信号特征之间存在差异，因此降噪预处理时的重构信号会丢失原有的时域特征。

（4）维纳滤波。该方法是一种基于最小二乘估计的滤波方法，是由维纳（N.Wiener）在1942年首次提出的。在维纳研究的基础上，人们根据最大输出信噪比准则、统计监测准则以及其他最佳准则求得等价的最佳线性滤波器。维纳滤波器适应面较广，但是缺点是不能用于噪声为非平稳情况。由于成像星图取决于复杂的大气背景环境，这种环境常常是未知的、变化的，因而该方法难以满足要求。

（5）数学形态学滤波。该方法是由一组形态学的代数运算组成的，利用一个称作结构元素的“探针”分析图像的信息。但该方法通常是对整个图像进行处理，从而会保留很多局部噪声，需要进一步来剔除。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提供一种星敏感器白天测星图像预处理方法，该方法不仅有效提高了星图信噪比，而且有效地降低了星点模糊、弥散、拖尾等诸多复杂情况的影响，同时避免了对星图退化参数的复杂估计与计算。进一步地，该方法所涉及的所有技术都易用于硬件实现，具有很高的使用价值。

为实现上述目的，本发明的第一个目的在于提供一种星敏感器白天测星图像图预处理方法，包括如下步骤：对原始第一星图利用灰度形态学方法进行开运算，得到第二星图；利用局部锐化滤波方法对所述第二星图进行滤波处理；利用自适应阈值确定方法对所述第二星图进行阈值分割；采用八连通法对所述第二星图进行处理，确定星点个数和连通区域；判断所述第二星图中各个所述星点占像素面积与预设阈值的关系；根据所述第二星图中各个所述星点占像素面积与阈值的关系确定各个所述星点的能量中心，并以各个所述星点的所述能量中心替代实际所述星点所占像素数目。

根据本发明实施例的星敏感器白天测星图像预处理方法，通过灰度形态学和局部锐化处理对白天测星图像的强背景噪声进行了滤除，进一步地，判断经过处理的图像中各个星点占像素面积与预设阈值的关系，进而通过确定各个星点的能量中心，并使各个星点的能量中心替代各个星点实际星点所占像素数目。该方法不仅有效提高了星图信噪比，而且有效地降低了星点模糊、弥散、拖尾等诸多复杂情况的影响，同时避免了对星图退化参数的复杂估计与计算。进一步地，该方法所涉及的所有技术都易用于硬件实现，具有很高的使用价值。

在本发明的一个实施例中，利用灰度形态学方法进行开运算，进一步包括：形态学结构元素选取。由此，提高了利用灰度形态学方法进行开运算的易用性与简便性。

在本发明的一个实施例中，在局部锐化滤波方法中对所述第二星图进行滤波处理，进一步包括：

局部区域大小的选取以及锐化滤波的计算：