暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法技术

本发明专利技术公开的暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法，属于深空探测领域。本发明专利技术将轨迹特征提取分解为轨迹细化和模糊图像盲复原两个步骤解决。首先，对长曝光拖曳星图进行去噪预处理；其次，通过兴趣轨迹选取准则选取兴趣轨迹，采用逐像素细化OPA算法对兴趣轨迹进行细化并提取出轨迹骨架，将轨迹骨架作为盲复原算法模糊核的估计初值；最后，构建图像复原算法的代价函数，采用盲复原算法对长曝光拖曳星图进行复原从而得到复原图像，从复原星图中提取各星点的灰度光心。本发明专利技术具有提取精度高、计算速度快的优点，适用于暗弱小天体探测器远距离接近段导航星图的特征提取。

Feature extraction method of optical navigation for dim and small celestial bodies in long distance approach

The invention discloses an optical navigation feature extraction method for a long-distance approach section of a dim small celestial body, which belongs to the field of deep space exploration. The invention decomposes the track feature extraction into two steps of track thinning and blind restoration of fuzzy image. Firstly, the long exposure drag star image is denoised and preprocessed; secondly, the interest trajectory is selected by the interest trajectory selection criteria, and the OPA algorithm is used to refine the interest trajectory and extract the trajectory skeleton, which is the initial value of the fuzzy kernel of the blind restoration algorithm; finally, the cost function of the image restoration algorithm is constructed, and the blind restoration algorithm is used to estimate the long exposure Drag the star map to restore so as to get the restored image, and extract the gray center of each star point from the restored star map. The invention has the advantages of high extraction accuracy and fast calculation speed, and is suitable for feature extraction of navigation star map in the long-distance approach section of dim and weak small celestial body detector.

【技术实现步骤摘要】
暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法
本专利技术涉及一种暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法，尤其涉及一种小天体探测远距离接近段长曝光拍摄暗弱目标时的星图处理方法，能够应用于探测器远距离接近段的自主导航，属于深空探测领域。
技术介绍
在小天体探测任务的远距离接近段，探测器导航系统需通过匹配背景恒星进行姿态确定，通过观测目标小天体光心进行轨道确定。将小天体作为导航星时，导航目标的特点是星等一般都较低，需要进行长时间曝光才能够成像，在曝光时间内成像系统光轴会发生不可估计的扰动，导航目标在CCD平面上的成像会发生偏移，成像为轨迹，难以提取导航目标的光心特征信息进行导航。为使探测器具有更加完善的自主光学导航性能，需要对长曝光拖曳星图的特征提取问题展开研究。目前，已有一些学者提出了远距离接近段从长曝光图像中提取导航特征的方法，主要分为图像匹配和灰度还原两种方式。图像匹配的方法算法简单，但需要预存图像模板；灰度还原的方法自主性较高，但算法较为复杂。本专利技术通过提取细化轨迹估计光轴的运动情况，能够为灰度还原问题提供很好的初值从而大大加快算法的收敛，之前的研究中还没有这样的尝试。专利技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、对长曝光下产生的拖曳星图进行去噪预处理；步骤二、通过连通域判定轨迹所在的兴趣区域(ROI)，通过兴趣轨迹选取准则选取兴趣轨迹，采用逐像素细化算法(One Pass Thinning Algorithm)对兴趣轨迹进行细化并提取出轨迹骨架；步骤三、以步骤二中提取出的轨迹骨架为模糊核的估计初值，通过稀疏先验信息构建图像复原算法的代价函数，对长曝光拖曳星图进行盲复原，得到长曝光拖曳星图复原图像；步骤四、对步骤三得到的复原图像进行连通域判定，并提取复原图像中各星点的灰度光心，完成长曝光拖曳星图特征提取；

【技术特征摘要】
1.暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一、对长曝光下产生的拖曳星图进行去噪预处理；步骤二、通过连通域判定轨迹所在的兴趣区域(ROI)，通过兴趣轨迹选取准则选取兴趣轨迹，采用逐像素细化算法(OnePassThinningAlgorithm)对兴趣轨迹进行细化并提取出轨迹骨架；步骤三、以步骤二中提取出的轨迹骨架为模糊核的估计初值，通过稀疏先验信息构建图像复原算法的代价函数，对长曝光拖曳星图进行盲复原，得到长曝光拖曳星图复原图像；步骤四、对步骤三得到的复原图像进行连通域判定，并提取复原图像中各星点的灰度光心，完成长曝光拖曳星图特征提取；2.如权利要求1所述的暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法，其特征在于：还包括步骤五，将步骤一至步骤四提取的暗弱小天体远距离接近段光学导航特征应用于探测器远距离接近段的自主导航，能够为探测器巡航段和接近段的光学自主导航系统提供准确的观测信息，保证导航方法的实时性和精确度。3.如权利要求1或2所述的暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法，其特征在于：步骤一的具体实现方法为，拍摄的长曝光拖曳星图中存在大量噪声，所述噪声包括成像系统噪声、空间尘埃散射噪声、伪星噪声，所述伪星噪声指伪星带来的噪声；伪星带来的噪声为椒盐噪声；由于部分目标星点的能量过于暗弱，故系统噪声和空间尘埃散射噪声不能完全由高斯噪声表示，表示为高斯噪声和泊松噪声的混合噪声；考虑到图像噪声的非高斯性及低信噪比性，采用软阈值小波去噪方法进行去噪；小波去噪方法实现方法如下：进行小波变换后，信号主要集中在低频，而噪声集中在高频上，故给定适当的阈值除去噪声；采用软阈值小波方法进行去噪，软阈值是指若小波变换系数比设置的阈值小则将该系数置零，若小波变换系数比该阈值大则将该系数向阈值方向收敛，小波变换系数表达形式为：其中，ωi,j为小波变换系数，λ为设定的阈值。4.如权利要求3所述的暗弱小天体远距离接近段光学导航特征提取方法，其特征在于：步骤二的具体实现方法为，长曝光拖曳图像模型表示式为：IBlur＝K·Istatic+E(2)其中，IBlur是长曝光的拖曳星图，Istatic是需要被复原的静态星图，E为噪声项，K为是每一像素的模糊转移矩阵；当星图中各像素发生的模糊是均匀时，则式(2)变换为卷积的形式，如式(3)所示：IBlur＝k*Istatic+e(3)其中，k被称为模糊核，与静态星图Istatic的每一像素发生卷积运算使图像产生模糊，其物理含义是反映每一像素点的运动特性；由于长曝光拖曳星图的拖曳是点状目标的运动模糊，故星点拖曳轨迹本身能够反映地曝光时间内的运动，而模糊核的本质就是像素点的运动特性，故采用星点拖曳轨迹来估计拖曳图像的模糊核；通过连通域判定轨迹所在的兴趣区域(ROI)，通过兴趣轨迹选取准则选取兴趣轨迹；OPTA算法是一种基于形态学...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔平远，陆晓萱，朱圣英，徐瑞，梁子璇，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11