[发明专利]光学导航目标星模拟仿真图像生成方法

摘要

本发明提出了光学导航目标星模拟仿真图像生成方法，所述方法通过对观测方位角度、光照强度、天体纹理的设定，可生成多种不同特征的光学导航目标星模拟仿真图像库；该方法能对包括深空探测器飞越、绕飞、近距离变轨、交会天体等阶段的目标天体不同特征的光学图像进行有效模拟，生成的模拟仿真图像能够逼真的反映真实图像的情况，模拟精度高；由此生成的大量可靠的图像库可直接用于对自主光学导航相关算法的设计、验证和评估，从而保障深空探测器自主光学导航中所涉及的图像处理、特征信息提取、导航滤波等算法设计的有效性和可靠性。

主权项

光学导航目标星模拟仿真图像生成方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A，生成模拟天体图像的简化模型，计算天体表面所有像素点投影到相机焦平面上对应的坐标；计算时，对应坐标变换区域为天体表面可观察的光反射区域；惯性坐标系下天体表面上任意可观察的光反射区域内一点P(x,y,z)，其在相机成像坐标系下的坐标P'(x,y,z)为P'(x,y,z)=TIC·P(x,y,z)在焦平面Oxy上的对应投影坐标即为P'(x,y)；其中，TIC为惯性坐标系到成像坐标系的转换矩阵；步骤B，生成模拟天体图像的光反射模型，采用双向反射理论模拟天体对太阳光的反射模型，计算太阳光照到天体表面后反射光的辐射强度，即图像表面的光强度；反射光的辐射强度表示为：I=r(i,θ,g)·S0其中 r ( i , θ , g ) = ω 4 π · cos i cos i + cos θ · { [ 1 + B ( g ) ] P ( g ) + H ( cos i ) H ( cos θ ) - 1 } H ( x ) = 1 + 2 x 1 + 2 γx , γ=(1‑ω)1/2r表示双向反射率，I表示模拟天体表面反射光的辐射度，S0为模拟天体表面入射光的辐照度，i为入射角，θ为反射角，g为太阳方位角，ω是平均单散射反照率，P(g)是平均相位角函数，B(g)是反向散射函数，H(·)和γ为计算的中间变量；步骤C，生成模拟天体图像的纹理模型，覆盖包括大气纹理以及崎岖地表纹理的天体表面纹理贴图，计算纹理模型的光反射模型；步骤D，生成不同观测距离、不同观测角度下的目标天体模拟仿真图像，构成模拟图像库。