一種基于靶標圖像的空間相機顫振分析方法技術

本發明專利技術涉及一種基于靶標圖像的空間相機顫振分析方法，首先搭建成像系統，將包含特定空間頻率的、黑白相間的高對比度矩形靶標放在平行光管焦面處，靶標通過高穩定性均勻的光源照亮作為物目標，通過平行光管和空間相機，成像在相機焦面上，得到清晰的靶標圖像，采用灰度質心法進行分析，得到準確的像移偏差數值，本發明專利技術在光學測量的基本原理上結合圖像分析，實現了在圖像上直接測量像移，直接分析顫振對空間相機成像的影響，首次獲得像移偏差數值，填補現有技術空白，為衛星成像質量的影響分析及最終改進維修衛星成像質量提供依據。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，特別是基于圖像質心位 置變化的空間相機顫振影響分析方法，屬于衛星顫振測試

技術介紹
衛星在軌攝像期間，星上活動部件的各種運動影響均會使相機視軸產生相對于觀 測目標的抖動，從而對圖像質量產生影響。這種在抖動響應中不能依靠控制系統進行測量 和加以抑制的成分稱為顫振響應。相機在空間攝影時產生顫振的主要原因包括：衛星平臺 上由于動量輪變速轉動、噴氣、指向控制、太陽帆板調整等運動。對于CCD器件，其正常工作 的基本前提是光生電荷包的轉移與焦面上圖像的運動保持同步，任何的誤匹配都將導致圖 像模糊。多級TDICCD對地面同一目標曝光相當于積分時間延長，要想獲得清晰的圖像，必 須在此較長積分時間內保持同步。而顫振會導致相機在積分成像過程中產生圖像像移，破 壞其與光生電荷包運動的同步性，影響相機的成像質量。 衛星的顫振測量主要有加速度傳感器測量和激光測振兩種方法。加速度傳感器可 以實現多點同時測試，可以置于航天器內部測最，便于空間應用；但其缺點是傳感器本身對 輕質被測結構有一定的影響，因此對傳感器的選擇要求較高。激光測振是一種成熟的非接 觸式測量技術，其原理是利用多普勒頻移和干涉技術進行測量，其優點是對被測結構無影 響；但這種測量方法在空間應用困難，另外對組裝起來的航天器內部結構難以測量，且測點 不宜很多。鑒于以上兩種測量方法的特點，在航天器地面測試方法的研宄和應用中，以加速 度傳感器測試為主，采用激光測振作為結果校驗的輔助手段。NASA、ESA均對此開展了大量 研宄。國內顫振測試相對國外起步較晚，但借鑒了國外相關技術成果，目前測試能力與國外 相比差距不大，主要差距表現在對試驗數據的處理和使用上。北京航天航空大學和航天五 院均開展了顫振影響的相關研宄。 但以上方法均不能直觀反映顫振對空間相機成像質量的影響，要知道顫振對圖像 的影響，最直觀的是得到衛星顫振引起的像元偏移量，也就是像移。在地面環境進行衛星顫 振對圖像的影響分析，在國內還沒有開始，在國外還少見報道。在衛星顫振測試中直接分析 像移偏差，主要存在的問題：（1)常用的表貼加速度傳感器方法只能得到顫振的響應無法 與空間相機圖像受顫振的影響建立關系；（2)衛星顫振測量的傳遞特性測試只能分析顫振 源到空間相機本體這條路徑，無法建立顫振源到相機焦平面的顫振影響分析；（3)衛星顫 振幅值小，頻率高，空間相機的像移如何在地面測試中準確測量；(4)從衛星可靠性和安全 性的要求，以及衛星不可返修的特點出發，如何設計像移偏差測量方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種基于靶標圖像的空間相機 顫振分析方法，該方法填補現有技術空白，實現了在圖像上直接測量像移，直接分析顫振對 空間相機成像的影響，得到像移偏差的準確數值，為衛星成像質量的影響分析及最終修正 提升衛星成像質量提供依據。 本專利技術的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的： ，包括如下步驟： 步驟（一）、搭建測試系統，所述測試系統包括景物模擬器、空間相機和快視設備， 其中景物模擬器包括平行光管和光源，靶標位于光源與平行光管之間，并將靶標安裝在平 行光管的焦平面上，使靶標的刻線方向同時垂直于平行光管的光軸和空間相機探測器的線 陣方向，并使光源照射靶標； 步驟（二）、調整景物模擬器位置，保證空間相機入光口與景物模擬器出光口對 準，景物模擬器有效口徑充滿空間相機入瞳； 步驟（三）、景物模擬器開機，再次調整景物模擬器位置，保證空間相機入光口與 景物模擬器出光口對準，景物模擬器有效口徑充滿空間相機入瞳，同時靶標成像在空間相 機焦面處，得到成像目標，并避免空間相機飽和； 步驟（四）、關閉空間相機和景物模擬器，并保證景物模擬器位置不發生變化； 步驟（五）、開啟衛星擾動部件； 步驟（六）、景物模擬器和空間相機開機，在衛星擾動部件進入穩定狀態后采集圖 像并將圖像存儲到快視設備； 步驟（七）、對存儲的靶標圖像使用灰度質心法進行分析，得到質心位置偏差量 Warp (i)，即像面偏移量，具體公式如下：【主權項】1. ，其特征在于：包括如下步驟： 步驟（一）、搭建測試系統，所述測試系統包括景物模擬器、空間相機和快視設備，其中 景物模擬器包括平行光管和光源，靶標位于光源與平行光管之間，并將靶標安裝在平行光 管的焦平面上，使靶標的刻線方向同時垂直于平行光管的光軸和空間相機探測器的線陣方 向，并使光源照射靶標； 步驟（二）、調整景物模擬器位置，保證空間相機入光口與景物模擬器出光口對準，景 物模擬器有效口徑充滿空間相機入瞳； 步驟（三）、景物模擬器開機，再次調整景物模擬器位置，保證空間相機入光口與景物 模擬器出光口對準，景物模擬器有效口徑充滿空間相機入瞳，同時靶標成像在空間相機焦 面處，得到成像目標，并避免空間相機飽和； 步驟（四）、關閉空間相機和景物模擬器，并保證景物模擬器位置不發生變化； 步驟（五）、開啟衛星擾動部件； 步驟（六）、景物模擬器和空間相機開機，在衛星擾動部件進入穩定狀態后采集圖像并 將圖像存儲到快視設備； 步驟（七）、對存儲的靶標圖像使用灰度質心法進行分析，得到質心位置偏差量 Warp (i)，即像面偏移量，具體公式如下：其中：Warp (i)為每行受擾振的像兀偏移量，L(i)為每行的灰度中心位置，N為截取圖 像數據的行數，N取值為正整數；其中：DN(i，j)為第i行第j列的像元灰度值；LOC(i，j)為第i行第j列的像元序號； η為正整數。2. 根據權利要求1所述的，其特征在于： 整個測試過程中控制各種外界擾動，包括電磁、噪聲、風、人員和設備移動，測試過程在單獨 的試驗間進行，保證無人員走動。3. 根據權利要求1所述的，其特征在于： 所述步驟（三）得到成像目標后，調整空間相機的成像參數，所述成像參數包括增益、偏置 和級數，之后對空間相機調焦，使得靶標在空間相機中得到清晰的黑白條紋像，之后進入步 驟（四）。4. 根據權利要求1所述的，其特征在于： 所述步驟（六）中景物模擬器和空間相機開機后的5~10分鐘開始采集圖像。5. 根據權利要求1所述的，其特征在于： 所述步驟（六）中重復采集圖像3~5次。【專利摘要】本專利技術涉及，首先搭建成像系統，將包含特定空間頻率的、黑白相間的高對比度矩形靶標放在平行光管焦面處，靶標通過高穩定性均勻的光源照亮作為物目標，通過平行光管和空間相機，成像在相機焦面上，得到清晰的靶標圖像，采用灰度質心法進行分析，得到準確的像移偏差數值，本專利技術在光學測量的基本原理上結合圖像分析，實現了在圖像上直接測量像移，直接分析顫振對空間相機成像的影響，首次獲得像移偏差數值，填補現有技術空白，為衛星成像質量的影響分析及最終改進維修衛星成像質量提供依據。【IPC分類】H04N17-00【公開號】CN104735445【申請號】CN201510116900【專利技術人】葉釗, 曹啟鵬, 朱軍, 董小靜, 尹歡 【申請人】航天東方紅衛星有限公司【公開日】2015年6月24日【申請日】2015年3月17日本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于靶標圖像的空間相機顫振分析方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟(一)、搭建測試系統，所述測試系統包括景物模擬器、空間相機和快視設備，其中景物模擬器包括平行光管和光源，靶標位于光源與平行光管之間，并將靶標安裝在平行光管的焦平面上，使靶標的刻線方向同時垂直于平行光管的光軸和空間相機探測器的線陣方向，并使光源照射靶標；步驟(二)、調整景物模擬器位置，保證空間相機入光口與景物模擬器出光口對準，景物模擬器有效口徑充滿空間相機入瞳；步驟(三)、景物模擬器開機，再次調整景物模擬器位置，保證空間相機入光口與景物模擬器出光口對準，景物模擬器有效口徑充滿空間相機入瞳，同時靶標成像在空間相機焦面處，得到成像目標，并避免空間相機飽和；步驟(四)、關閉空間相機和景物模擬器，并保證景物模擬器位置不發生變化；步驟(五)、開啟衛星擾動部件；步驟(六)、景物模擬器和空間相機開機，在衛星擾動部件進入穩定狀態后采集圖像并將圖像存儲到快視設備；步驟(七)、對存儲的靶標圖像使用灰度質心法進行分析，得到質心位置偏差量Warp(i)，即像面偏移量，具體公式如下：Warp(i)=L(i)-Σi=1NL(i)N]]>其中：Warp(i)為每行受擾振的像元偏移量，L(i)為每行的灰度中心位置，N為截取圖像數據的行數，N取值為正整數；L(i)=Σj=1n(DN(i,j)×LOC(i,j))Σj=1nDN(i,j)]]>其中：DN(i,j)為第i行第j列的像元灰度值；LOC(i,j)為第i行第j列的像元序號；n為正整數。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：葉釗，曹啟鵬，朱軍，董小靜，尹歡，
申請(專利權)人：航天東方紅衛星有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11