[發明專利]一種交會測量相機曝光時間的調整方法

有效

• 申請號: 201410354430.3
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104135625B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 趙春暉;郭紹剛;劉魯;劉啟海;華寶成;龔德鑄
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 張麗娜

技術領域

本發明涉及一種交會測量相機曝光時間的調整方法，主要應用于空間交會測量相機的曝光時間調整技術領域。

背景技術

隨著航天任務數量和種類的日益增多，尤其是在軌抓捕、釋放以及修復技術等空間操作任務的迫切需求，使得航天器交會對接技術取得快速進步。交會測量相機是追蹤飛行器與目標飛行器交會對接的近距離光學測量設備。

交會測量相機安裝在追蹤飛行器上，由角反射器組成的目標標志器安裝在目標飛行器上。其功能是在追蹤飛行器與目標飛行器交會對接時規定測量范圍內，通過交會測量相機對目標標志器成像，運用圖像處理算法可以得到相機坐標系相對于目標標志器坐標系的相對位置和相對姿態角。

交會測量相機研制難點之一是要求在1m到20m距離范圍內具有較高的位置和姿態測量精度，同時要求具有較高的數據更新率和較短的數據延遲時間，需要通過照明光源對目標標志器照明獲得穩定而快速的圖像數據。

因此如何獲得穩定而快速的圖像數據以實現高精度、高數據更新率的測量目標，是交會測量相機研制過程中的技術難題。通常方法主要通過對全視場多目標點成像，利用圖像處理算法計算各個目標灰度水平，根據測量算法需求的灰度水平調整對應的積分時間，但是這種方法只能保證目標回光輻射亮度均勻穩定的主動發光目標獲得較好的圖像，而對于輻射亮度隨測量距離不斷變化的被動發光目標并不能保證獲得穩定的目標圖像，本發明的方法提出解決了對于 輻射亮度隨測量距離不斷變化的被動發光目標無法獲得穩定測量圖像的技術難題。

文獻如下：

[1]王銳，邵曉鵬，徐軍等,基于定標積分時間法提高紅外成像系統動態范圍的研究,紅外技術，2009年第31卷第7期

[2]王茹，王翠亞，李金霞,基于CPLD的TCD1501D型線陣CCD自適應驅動電路設計，光學學報，2008年1期

[3]Elizabeth Tanner,Stephen Granade,and Charles A,Whitehead，Autonomous rendezvous and docking sensor suite,Proceedings of SPIE Vol.5086(2003)

文獻情況：

文獻[1]通過把探測到的目標或場景的信息作為反饋量自適應地調節曝光時間，實現對系統動態范圍的自動調整，從而獲得一個較寬的動態范圍；

文獻[2]將傳統的閾值分割和曝光時間自適應技術結合，根據CCD應用現場圖像二值圖評估光照強度浮動，調整積分時間；

文獻[3]通過分析圖像灰度水平，調整光源發光強度和積分時間，獲得穩定的測量圖像。

文獻[1-3]中曝光時間調整方法需要經過多次積分時間調節才能達到比較合適的狀態，而且對于不斷變化的目標，調節積分時間的次數不能確定，最終導致圖像輸出的幀頻也比較低。

交會測量相機為點光源成像，從最遠距離25m至最近距離1m由于測量距離跨度較大而導致目標圖像無法穩定在一定的灰度水平范圍。目標亮度過強會導致目標圖像溢出甚至產生拖尾；目標亮度過弱會導致目標無法識別，從而影響后續目標標志器特征識別算法的正常工作。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提出一種交會測量相機曝光時間的調整方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

本發明的一種交會測量相機曝光時間的調整方法，該方法的步驟為：

1)根據交會測量相機上的曝光時間等級N和測量距離范圍L_min-L_max，計算滯環轉捩距離L_m＝(L_max/L_min)^m/N×L_min；m＝1，2，3…N-1；

2)根據交會測量相機的最大運動速度V_max和數據更新率Κ(赫茲)，計算滯環防抖波動余量ΔL，ΔL＝a×V_max/K；a為整數，4≤a≤12；

3)一檔曝光時間與二檔曝光時間切換策略如下：

ⅰ當交會測量相機的運動距離L滿足L_min＜L＜L₁，不進行曝光時間切換，維持1檔曝光時間；

ⅱ當交會測量相機的運動距離L滿足L₁+Δ_L＜L＜L₂，不進行曝光時間切換，維持2檔曝光時間；