[發明專利]一種星敏感器行像元噪聲自適應濾除方法

在審

• 申請號: 201410838145.9
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104599246A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 楊君;楊孟飛;鐘紅軍;盧欣;王龍;劉婧
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種噪聲自適應濾除方法，特別是一種星敏感器行像元噪聲自適應濾除方法，適用于空間飛行器用恒星敏感器圖像預處理領域。

背景技術

星敏感器是一種光學成像式敏感器，用于空間姿態的高精度測量。星敏感器在軌工作時，采用敏感器視場恒星光電成像與局域天區或全天球星圖匹配的方法，確定星敏感器光軸在慣性空間的指向，利用敏感器本體坐標系和衛星姿態坐標系的轉換關系，確定衛星姿態。星敏感器具有高精度、高可靠性等特點，廣泛應用于衛星、飛船及導彈等飛行器平臺上。

星敏感器在實際在軌運行期間，需要面對復雜的太空環境，如太空帶電粒子、大西洋粒子異常區、太陽光，月光，地氣光以及星體反射光進入視場、高溫工況以及圖像傳感器自身的壞像素點及噪聲等，使得星敏感器拍攝的圖像中經常含有噪聲點，這些噪聲點表現為離散的單像素噪聲點，或者大面積光斑。這些噪聲點會增加星敏感器內存占用率，使得星圖識別時間增長，更嚴重的會使得噪聲占滿星敏感器內存空間，影響星敏感器正常輸出姿態。如果一味的增大星敏感器內存容量來解決上述問題，則不利于其實現整機輕小化和姿態快速捕獲的優化目標。因此設計一種有效的星敏感器像元噪聲自適應濾除方法，不僅可以實現整機小型化設計要求，還可以滿足星圖快速識別的要求。

田金文等在《華中科技大學學報(自然科學版)》(2005，33(4)：38-40)發表論文《一種星圖中星的提取方法》，給出了一種基于PC機實現的星點提取算法，其先將星圖存儲至外部存儲器，再進行星圖濾波處理，該方法為串行處理方式，計算效率不高。江潔等在《航空學報》(2006,27(5)：913-916)發表論文《一種快速的星敏感器星跟蹤方法研究》，給出了一種基于FPGA實現的星圖提取算法，該方法充分利用了FPGA并行處理優勢，計算速度具有快速性，但是對于噪聲的濾除沒有給出解決策略。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的局限性和不足，提出了一種星敏感器行像元噪聲自適應濾除方法，該方法利用了自適應濾波、自適應閾值設定和內存回退技術進行在軌圖像預處理，可以濾除由于空間粒子、高溫工況出現的熱噪聲，圖像傳感器性能衰退帶入的噪聲，以及雜散光進入星敏感器視場而導致星敏感器工作異常的情況。具有快速濾除噪聲的特點，并且可以針對多種噪聲特點進行自適應濾波。

本發明的技術解決方案是：一種星敏感器行像元噪聲自適應濾除方法，所述行像元為圖像矩陣中處于同一行的像元；步驟如下：

(1)在地面進行實地觀星試驗，采集星敏感器觀星圖像，并利用直方圖法統計星敏感器觀星圖像的灰度分布，確定灰度分布中各個波峰對應的灰度值，并利用各個波峰的灰度值確定初始濾波背景估值修改量BckGndAdj；所述星敏感器觀星圖像灰度值的取值范圍根據不同的傳感器位數確定；

(2)將步驟(1)中確定的初始濾波背景估值修改量BckGndAdj寫入星敏感器的背景估值修改量寄存器中；

(3)在星敏感器FPGA內部設計乒乓SRAM用于緩存圖像行；在圖像緩存入乒SRAM時，對乓SRAM中的圖像進行濾波，在圖像緩存入乓SRAM時，對乒SRAM中的圖像進行濾波；

(4)星敏感器獲得一幅在軌圖像，利用步驟(3)中的乒乓SRAM，以行像元為處理單元，對獲得的在軌圖像進行自適應濾波處理；

(5)統計進行步驟(4)中濾波處理時內部圖像存儲SRAM統計占用率，并根據內部圖像存儲SRAM統計占用率，自適應設置星敏感器FPGA內部圖像濾除像素數下限寄存器Ndown和上限寄存器Nup的值；

(6)星敏感器獲得一幅新的在軌圖像，進行步驟(4)中的濾波處理，若連續存儲像素數小于步驟(5)中的Ndown或者大于步驟(5)中的Nup，則利用內存回退技術進行噪聲像元自適應濾波；

(7)統計進行步驟(6)中濾波處理時內部圖像存儲SRAM統計占用率，并根據內部圖像存儲SRAM統計占用率，自適應設置星敏感器FPGA內部圖像濾除像素數下限寄存器Ndown和上限寄存器Nup的值，重復步驟(6)～步驟(7)，直至所有圖像均處理完畢。

所述步驟(1)中利用波峰和波谷的灰度值確定初始濾波背景估值修改量BckGndAdj，具體為：

BckGndAdj＝GRAY_max+A

所述GRAY_max為星敏感器觀星圖像直方圖中概率最大的波峰對應的灰度值，A為灰度值修正量，A的取值范圍為：0～2⁶。