[发明专利]一种星敏感器星点图像增强方法

权利要求书

1.一种星敏感器星点图像增强方法，其特征在于：一种星点图像重建后的叠加增强方法，通过星点图像的叠加增强滤波以提升星点图像信噪比；具体包括以下步骤：

(1)获取当前t₀时刻星图帧的星点信息，包括星点提取的星点位置、星点提取窗口内像素灰度值之和，以及包含赤经、赤纬信息的星点识别结果；

(2)通过现有方法获取当前帧时刻星敏感器的运动信息，即星敏感器绕其本体坐标系的三轴转动角速度ω₀＝[ω_x,ω_y,ω_z]，ω_x、ω_y和ω_z分别表示绕星敏感器坐标系x、y和z轴的转动角速度；

(3)根据当前帧的星点位置坐标值和星敏感器运动信息，利用星敏感器星点运动的非线性运动学模型预测下一帧开始时刻星点在星图帧中的位置和星点所在像素区域；

(4)根据当前帧中的星点灰度信息、星点位置预测信息与星点运动信息，利用星点能量分布模型重建产生一帧不含噪声的模拟星图；具体实现为利用星点能量分布模型重建产生不含噪声的模拟星点图像g_i(x,y)；

(5)将模拟星图与下一帧星图叠加，提取得到图像滤波后的优化星点坐标值，并更新星点提取结果和识别结果；

(6)若步骤(5)中提取星点数量大于等于3颗即K≥3，则回到步骤(3)，进入下一循环；若步骤(5)中提取星点数量小于三颗即K＜3，说明星点跟踪数量过少，则回到步骤(1)，进入下一循环。

2.根据权利要求1所述的一种星敏感器星点图像增强方法，其特征在于：

1)预测下一帧开始时刻星点在星图帧中的位置,当前时刻为t₀，当前帧中第i(i＝1，2，…)颗星点的坐标为[x_i(t₀),y_i(t₀)]，星敏感器光学系统焦距为f，当前时刻至下一帧开始时刻时间间隔为Δt，则利用星敏感器星点运动的非线性运动学模型预测t₀+Δt时刻星点在星图帧中的位置[x_i(t₀+Δt),y_i(t₀+Δt)]：

2)确定下一帧中星点所在像素区域，假设星敏感器的曝光时间为ΔT，曝光结束时刻第i颗星点位置[x_i(t₀+Δt+ΔT),y_i(t₀+Δt+ΔT)]依然采用星点运动的非线性运动学模型计算得到：

对星点在曝光起始时刻所在像素[x_i(t₀+Δt),y_i(t₀+Δt)]与曝光结束时刻所在像素[x_i(t₀+Δt+ΔT),y_i(t₀+Δt+ΔT)]间作一连线，以该连线上的像素为中心点，分别找出其3×3像素领域的所有像素，这一像素集合G_i(i＝1,2,...,K)即为下一帧中星点所在像素区域。

3.根据权利要求1所述的一种星敏感器星点图像增强方法，其特征在于：根据当前帧中的星点灰度信息、星点位置预测信息与星点运动信息，利用星点能量分布模型重建产生一帧不含噪声的模拟星图；具体实现为利用星点能量分布模型重建产生不含噪声的模拟星点图像g_i(x,y)：

其中，[x_i(t),y_i(t)]为星点真实位置，随时间而变化x_i(t)＝x_i(t₀+Δt)+v_x·t，y_i(t)＝y_i(t₀+Δt)+v_y·t，v_x、v_y为星点在星敏感器像平面上的运动速率，可由与星敏感器捷联安装的陀螺组合体测量得到，σ为高斯半径，表示星点离焦量，可取σ＝0.8；对当前帧中所有星点采用这一分布模型同时实施星点图像的重建过程，得到重建星图后的模拟星图帧g(x,y)。

4.根据权利要求1所述的一种星敏感器星点图像增强方法，其特征在于：将模拟星图与下一帧星图叠加，提取得到图像滤波后的优化星点坐标值，并更新星点提取结果和识别结果；具体包含：

1)将星敏感器实际得到的下一帧星图f₁(x,y)进行去噪预处理后与步骤4中生成的模拟星图帧g(x,y)叠加得到新的星图帧n(x,y)，即有：

n(x,y)＝g(x,y)+f₁(x,y)；

2)根据步骤3中预测的星点像素区域G_i，利用质心法在该区域上进行星点提取，得到星点提取结果S₁＝[x_i(t₀+Δt+ΔT),y_i(t₀+Δt+ΔT),V_i(t₀+Δt+ΔT)]，i＝1,2,...,K，K为前一帧中识别的星点数量；

3)根据保存的星点识别信息P₀＝[α_i,δ_i]直接跟踪得到下一帧的星点识别结果，并更新表示为P₁＝[α_i,δ_i]；

4)利用步骤2中方法更新星敏感器的角速度信息为ω₁。