[发明专利]一种星敏感器星点图像增强方法

说明书

一种星敏感器星点图像增强方法,是一种星点图像重建后的叠加增强方法。通过星敏感器获取的运动信息和当前帧的星点提取与识别结果，采用星点运动的非线性模型实现下一帧中星点位置的预测和跟踪识别，对像平面不同位置星点的位置预测结果更加准确；利用预测星点位置和前一帧星点信息，通过星点运动能量分布模型产生一帧不含噪声的模拟星图，能量分布与实际星点更加接近，不再需要复杂的匹配对准过程，可以得到更好的星点叠加增强效果，提高星点提取精度。该方法适用于星敏感器处于静态和动态情况，同时还能实现星点位置预测与跟踪识别，进而减少星敏感器的处理时间和降低星敏感器的姿态输出误差。

技术领域

本发明涉及一种星敏感器星点图像增强方法，具体是一种星点图像重建后的叠加滤波以提升星点图像信噪比的方法。

背景技术

星敏感器以恒星为观测对象，是现有绝对姿态测量器件中精度最高的敏感器，测量精度可达到亚角秒量级，且不随时间变化，在深空探测、卫星、弹道导弹、飞机、舰船等精确姿态测量与导航领域中得到广泛应用。静态情况下，星敏感器恒星像点受到散粒噪声、背景辐射噪声、读出噪声、暗电流噪声等噪声的影响，导致其信噪比降低，星点位置提取误差增大。传统去噪方法在一定程度上能降低噪声的干扰，提高星点图像的信噪比，而在降噪过程中或多或少会同时减少星点图像的有用信息，也就是说传统去噪方法并没有对星点图像有直接的增强作用，而是通过降低噪声达到提高信噪比的目的。动态情况下，恒星星点图像会形成运动模糊，曝光时间内的有限星点能量会因为运动而分散至更多的像素上，星点信噪比急剧降低，暗星星点容易被噪声干扰甚至淹没，有效星点数量减少，导致星敏感器的性能降低。模糊星点复原方法将分散的星点信息重新集中增强星点图像达到提高信噪比的目的，但部分星点区域依然难以识别和确定，会损失很多可用信息。

1999年发表在《Proceedings of the Fourth ESA International Conferenceon Spacecraft Guidance, Navigation and Control Systems, Netherlands,1999》上的论文“Dynamical Binning for High Angular Rate Star Tracking”介绍了一种基于主动像素传感器（Active Pixel Sensor, APS）的动态像素合并算法（Dynamical BinningAlgorithm, DBA），控制APS中像素的移动与合并，消除动态的影响，并达到提高星点图像信噪比的目的，该方法需要精确的角速度信息和复杂的控制技术，对绕星敏感器光轴等复杂运动形式无效。延时积分技术（Time Delayed Integration, TDI）通过设计特殊的CCD驱动时序实现沿X轴方向的像素能量的累积而达到运动补偿，Y轴方向使用图像移动调节（ImageMotion Accommodation, IMA）处理图像拖尾，使合成图像信噪比最大，TDI成功应用在AST-201和AST-301星敏感器上，但其特殊硬件驱动时序较复杂。北京工程控制研究所在DBA和TDI技术的基础上，从软件算法的角度于2013年提出了一种基于星点重构的星敏感器动态补偿方法（专利授权公告号：CN2013323027B），该方法在有效星点数较少时，对帧序列中不同帧中的相同导航星所在像素窗口进行配准，并进一步开展亚像素级配准，使不同帧中相同导航星质心位置重合，再将各窗口导航星星点叠加，实现星点信号的增强。同一导航星在不同帧中星点质心位置存在差异，星点能量分布也会随质心在像素内不同位置而改变，虽然通过亚像素配准使得导航星质心位置重合，但只是不同帧中星点图像的简单叠加，并没有对星点能量分布作相应的亚像素再分布，不同帧中的噪声也同时被叠加，其最终图像增强效果有限。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有技术方法的不足，提出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。该方法适用于星敏感器处于静态和动态情况，同时还能实现星点位置预测、提取精度的提高与星点的跟踪识别，进而减少星敏感器的处理时间和降低星敏感器的姿态输出误差。

本发明的技术方案具体包括以下步骤：