一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统技术方案

本发明专利技术涉及一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，该系统包括：卫星运行颤振模拟组件：包括激振平台、安装在激振平台输出端的相机滑轨以及在相机滑轨上左右滑动的成像相机，用以模拟卫星在轨运行发生的平台抖动；线性地物模拟组件：与成像相机相对设置，包括目标板滑轨以及在目标板滑轨上前后滑动的目标板，用以模拟不同卫星轨道高度；监测组件：包括与成像相机连接的电脑，用以获取实测颤振频率和振幅参数。与现有技术相比，本发明专利技术具有可靠性高、经济性好等优点。

A ground simulation test system for the influence of satellite flutter on camera imaging

【技术实现步骤摘要】
一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统
本专利技术涉及卫星颤振测试领域，尤其是涉及一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统。
技术介绍
卫星在轨运行时，温度等外部环境变化和卫星姿态调整、指向控制及动量轮等星上运动部件工作等产生的扰动，引起卫星平台姿态不稳定和周期性微小振动，即卫星平台颤振，卫星颤振普遍存在，影响卫星成像质量和测图精度，且分辨率越高影响越显著，是高分卫星发展必须解决的关键瓶颈问题。国外针对卫星颤振现象做过一些在轨实验和仿真研究，而在轨实验耗资巨大，且具有一定的操作难度，因此需要研发一种卫星平台颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，用于开展卫星在轨颤振对相机成像影响模拟测试，实现研究卫星颤振对成像影响机制和颤振精密探测补偿的科学和实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，该系统包括：卫星运行颤振模拟组件：包括激振平台、安装在激振平台输出端的相机滑轨以及在相机滑轨上左右滑动的成像相机，用以模拟卫星在轨运行发生的平台抖动；线性地物模拟组件：与成像相机相对设置，包括目标板滑轨以及在目标板滑轨上前后滑动的目标板，用以模拟不同卫星轨道高度；监测组件：包括与成像相机连接的电脑以及对成像相机模拟卫星成像过程进行监测的高速相机，用以获取实测颤振频率和振幅参数。所述的目标板上的图像为黑白线状条纹图像或真实地物的遥感影像图，当目标板上的图像为黑白线状条纹图像时，该图像的长为80cm，宽为60cm，且黑白条纹间隔为5cm。所述的成像相机根据需模拟的卫星成像传感器类型选择相机类型，当模拟卫星推扫成像线阵传感器时，则选用线阵相机，当模拟卫星面阵成像传感器时，则选用面阵相机，当模拟卫星上搭载的视频传感器时，则采用视频相机。该地面模拟测试系统的测试方法包括以下步骤：1)根据成像相机与目标的距离固定目标板位置后，调节成像相机镜头焦距；2)设置激振平台的振动频率和振幅，开始振动后，成像相机沿相机滑轨运动并对目标板进行拍摄获取图像；3)成像相机在振动过程中拍摄获取目标板图像，并通过图像反演算法从影像变形中计算出颤振频率和振幅；4)高速相机对颤振成像模拟实验全过程进行监测和记录，并且对通过序列影像上跟踪点获得振动频率和振幅，对颤振模拟测试结果进行验证。所述的步骤3)具体包括：31)对于黑白线状条纹图像：采用基于LOG算子的线特征提取算法提取图像变形边缘，并进行频谱分析获取频率和幅值；32)对于真实地物的遥感影像图：采用基于密集匹配的方法计算待匹配影像中的各点在参考影像的像平面坐标下的位置差值，得到亚像素的匹配结果。所述的步骤31)中，基于LOG算子的线特征提取算法具体为：利用高斯函数先进行低通滤波，然后再利用拉普拉斯算子进行高通滤波并提取零交叉点作为边缘点后，并进行频谱分析获取频率和幅值。所述的步骤32)具体包括以下步骤：321)影像预处理：采用Wallis滤波对线阵相机获取的两个不同波段影像进行影像增强，提高影像的对比度并减少波段间辐射差异，322)将线阵相机获取的两个不同波段影像分别作为待匹配影像和参考影像，并影像匹配，具体包括：3221)基于熵值的匹配区域选取：在等间隔均匀取点的过程中，在匹配之前计算匹配模板区域的影像熵值，当影像熵值大于设定的判断阈值时，则认为该区域具有足够丰富的影像信息，进行步骤3222)，否则跳过该区域；3222)采用32*32像素的子窗口在待匹配影像和参考影像上滑动，采用PEF的相位相关方法计算各子窗口间的亚像素偏移值，得到亚像素匹配结果；3223)误差剔除：包括基于标准差和相关系数的匹配点粗筛选以及基于RANSAC方法的匹配点精筛选；基于标准差和相关系数的匹配点粗筛选具体为：对于匹配的整像素匹配点，计算匹配模板的相关系数并与相关系数阈值进行对比，剔除小于相关系数阈值的粗匹配点，同时，采用3倍标准差3σ方法对误匹配点进行剔除，即在整行影像所有匹配点的匹配计算完毕后，根据各匹配点的匹配结果，计算视差值的标准差σ，并选择3σ作为阈值，剔除粗差点；所述的步骤3221)中，影像熵值H(X)的计算式为：判断阈值H的计算式为：H＝Hwhole·α其中，p(xi)为匹配模板区域影像，n为像素总数，xi为像元，Hwhole为待匹配影像整体的熵值，α为阈值系数。所述的3222)中，PEF的相位相关方法具体为：采用二维正弦函数，对互功率谱经逆变换后得到的峰值矩阵进行二维拟合，得到拟合峰值顶点，从而得到亚像素匹配结果。所述的基于RANSAC方法的匹配点精筛选具体为：a)从粗筛选结果中随机取出多个匹配点对，得到4个变换参数，作为2*2阶初始平移矩阵模型；b)根据初始平移矩阵模型遍历粗筛选结果中的所有匹配对，若匹配对在设定阈值下适用，则记为局内点，并计算局内点占匹配对的百分比，若百分比大于设定阈值，则对剩余的匹配点对做最小二乘估计，并计算局内点与平移矩阵模型的错误率；c)重复步骤a)和步骤b)，取对应错误率最小的变换参数作为最终得到的最佳平移矩阵模型；d)将在该最佳平移矩阵模型下误差超过设定阈值的匹配对去除；e)对去除后的剩余的匹配点，重复3次步骤a)-步骤d)，得到最终的最佳平移矩阵模型。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、可靠性高：本专利技术拥有高精确度的控制能力，在设置好激振器频率和振幅，激振器开始振动后，相机沿相机滑轨运动并对目标板进行拍摄获取图像，同时高速相机对颤振成像模拟实验全过程进行实时监测和记录，成像相机在振动过程中拍摄获取图像，通过自主研发的图像反演算法从影像变形中反演颤振频率振幅，与设置的振动参数相互验证，同时，高速相机监测记录了颤振成像模拟实验全过程，通过序列影像上跟踪点测量出振动频率、振幅，为颤振模拟测试提供了第三方验证。二、经济性好：国外针对卫星颤振现象做过一些在轨实验和仿真研究，而在轨实验耗资巨大，且具有一定的操作难度，本专利技术提供的卫星平台颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，能够大幅降低成本，并且可针对不同成像模式卫星展开模拟测试实验。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为扫描获取的影像图局部。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例如图1所示，本专利技术提供一种卫星平台颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，该系统包括成像相机、相机滑轨、激振平台、条纹目标板、高速监测相机(本例中可选)。成像相机用于模拟卫星搭载的成像传感器，可根据要模拟的卫星成像传感器类型选择相机类型。如要模拟卫星推扫成像线阵传感器，选用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，该系统包括：/n卫星运行颤振模拟组件：包括激振平台、安装在激振平台输出端的相机滑轨以及在相机滑轨上左右滑动的成像相机，用以模拟卫星在轨运行发生的平台抖动；/n线性地物模拟组件：与成像相机相对设置，包括目标板滑轨以及在目标板滑轨上前后滑动的目标板，用以模拟不同卫星轨道高度；/n监测组件：包括与成像相机连接的电脑以及对成像相机模拟卫星成像过程进行监测的高速相机，用以获取实测颤振频率和振幅参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，该系统包括：
卫星运行颤振模拟组件：包括激振平台、安装在激振平台输出端的相机滑轨以及在相机滑轨上左右滑动的成像相机，用以模拟卫星在轨运行发生的平台抖动；
线性地物模拟组件：与成像相机相对设置，包括目标板滑轨以及在目标板滑轨上前后滑动的目标板，用以模拟不同卫星轨道高度；
监测组件：包括与成像相机连接的电脑以及对成像相机模拟卫星成像过程进行监测的高速相机，用以获取实测颤振频率和振幅参数。


2.根据权利要求1所述的一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，所述的目标板上的图像为黑白线状条纹图像或真实地物的遥感影像图，当目标板上的图像为黑白线状条纹图像时，该图像的长为80cm，宽为60cm，且黑白条纹间隔为5cm。


3.根据权利要求2所述的一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，所述的成像相机根据需模拟的卫星成像传感器类型选择相机类型，当模拟卫星推扫成像线阵传感器时，则选用线阵相机，当模拟卫星面阵成像传感器时，则选用面阵相机，当模拟卫星上搭载的视频传感器时，则采用视频相机。


4.根据权利要求3所述的一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，该地面模拟测试系统的测试方法包括以下步骤：
1)根据成像相机与目标的距离固定目标板位置后，调节成像相机镜头焦距；
2)设置激振平台的振动频率和振幅，开始振动后，成像相机沿相机滑轨运动并对目标板进行拍摄获取图像；
3)成像相机在振动过程中拍摄获取目标板图像，并通过图像反演算法从影像变形中计算出颤振频率和振幅；
4)高速相机对颤振成像模拟实验全过程进行监测和记录，并且对通过序列影像上跟踪点获得振动频率和振幅，对颤振模拟测试结果进行验证。


5.根据权利要求4所述的一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，所述的步骤3)具体包括：
31)对于黑白线状条纹图像：采用基于LOG算子的线特征提取算法提取图像变形边缘，并进行频谱分析获取频率和幅值；
32)对于真实地物的遥感影像图：采用基于密集匹配的方法计算待匹配影像中的各点在参考影像的像平面坐标下的位置差值，得到亚像素的匹配结果。


6.根据权利要求5所述的一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，所述的步骤31)中，基于LOG算子的线特征提取算法具体为：
利用高斯函数先进行低通滤波，然后再利用拉普拉斯算子进行高通滤波并提取零交叉点作为边缘点后，并进行频谱分析获取频率和幅值。


7.根据权利要求5所述的一种卫星颤振对相机成像影响的地面模拟测试系统，其特征在于，所述的步骤32)具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世杰，童小华，张晗，叶真，郑守住，高飒，谢欢，高晓峰，林峰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31