[发明专利]基于暗通道噪声模板的主动式像素传感器星图去噪方法

说明书

本发明公开了一种基于暗通道噪声模板的主动式像素传感器星图去噪方法，该方法包括：计算星图帧数，根据序列星图图像像素最小值提取主动式像素传感器星图的暗通道噪声模板；通过序列星图与暗通道噪声模板进行差分，将噪声从原始星图中分离出去，实现连续多帧主动式像素传感器星图图像去噪；滤除基于暗通道模板去噪后星图图像所残留的单点与多点噪声。本发明提供的方法通过对主动式像素传感器星图去噪可以进一步提高星敏感器的定姿精度，从而有助于提升测绘卫星的全球无控测图能力。

技术领域

本发明属于主动式像素传感器星图去噪处理技术，尤其涉及一种基于暗通道噪声模板的主动式像素传感器星图去噪方法。

背景技术

星敏感器是目前精度最高的姿态敏感器，具有精度高，可靠性好、捕获跟踪能力强等优点，是决定卫星能否在轨稳定运行的关键因素之一[Luo L,Xu L,Zhang H.Improvedcentroid extraction algorithm for autonomous star sensor[J].IET ImageProcessing,2015,9(10):901-907.]。在星敏感器的姿态控制系统中，星敏感器通过相机拍摄星图，经过恒星质心的提取、星图识别及姿态计算等一系列工作确定出星敏感器相机光轴在天球坐标系中的指向，从而计算出航天器的姿态[Ho K.A survey of algorithms forstar identification with low-cost star trackers[J].Acta Astronautica,2012,73:156-163；Mo F,Xie J F,He Z N,et al.A pre-processing method of raw attitudedata for ZY-3satellite[J].Science of Surveying and Mapping,2016,41(1):127-132.]。其中，星图去噪与质心定位是星敏定姿的关键技术。星图去噪是质心提取的前提，质心定位直接决定着事后星敏感器定姿精度。因此，如何有效去噪、精确提取质心是近些年航天遥感卫星的研究热点问题之一[刘宇,戴东凯,马丽衡,等.一种基于姿态关联帧的星敏感器标定方法[J].光学学报,2017,37(11):1128003；Zhang W N,Quan W,Guo L.Blurredstar image processing for star sensors under dynamic conditions[J].Sensors,2012,12(5):6712-6726.]。

现有的星图去噪方法大致可以分为滤波去噪与阈值分割法。滤波去噪[Zhou M Y,Shi Y,Yang J G.Denoising star map data via sparse representation anddictionary learning[J].Optik,2015,126(11/12):1133-1137；王敏,赵金宇,陈涛,等.基于能量函数的极值中值滤波星图去噪算法[J].电子与信息学报,2017,(6):1387-1393；南诺,曹东晶,张宏伟,等.一种基于时空相关性的星图降噪算法[J].航天返回与遥感,2017,38(1):88-97.]，主要包括均值滤波、中值滤波、高斯低通滤波和维纳滤波等，但星图中恒星目标呈点状分布，与噪声分布具有较高的相似性，传统图像去噪方法在去除噪声的同时也损失了恒星原始信息，具有明显的局限性。阈值分割法[Katake A B.Modeling,imageprocessing and attitude estimation of high speed star sensors[D].Texas:TexasAM University,2009:103-104；时春霖,张超,陈长远,等.测量机器人小视场星图一维最大熵星点图像分割算法[J].测绘学报,2018,47(4):446-454.]，以星图中各像元能量值的均值加n倍中误差作为全局阈值(n一般为3-5)，分离恒星目标与背景噪声，对复杂背景噪声的星图图像统一处理，但边缘条带噪声难以消除，且处理效率较低，尚没有一种适合于所有星图图像的全局阈值。由于恒星目标呈点状分布与噪声具有较高的相似度，现有的滤波去噪与阈值分割去噪方法并不适用。

发明内容