[发明专利]一种交会测量相机曝光时间的调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交会测量相机曝光时间的调整方法，主要应用于空间交会测量相机的曝光时间调整技术领域。

背景技术

随着航天任务数量和种类的日益增多，尤其是在轨抓捕、释放以及修复技术等空间操作任务的迫切需求，使得航天器交会对接技术取得快速进步。交会测量相机是追踪飞行器与目标飞行器交会对接的近距离光学测量设备。

交会测量相机安装在追踪飞行器上，由角反射器组成的目标标志器安装在目标飞行器上。其功能是在追踪飞行器与目标飞行器交会对接时规定测量范围内，通过交会测量相机对目标标志器成像，运用图像处理算法可以得到相机坐标系相对于目标标志器坐标系的相对位置和相对姿态角。

交会测量相机研制难点之一是要求在1m到20m距离范围内具有较高的位置和姿态测量精度，同时要求具有较高的数据更新率和较短的数据延迟时间，需要通过照明光源对目标标志器照明获得稳定而快速的图像数据。

因此如何获得稳定而快速的图像数据以实现高精度、高数据更新率的测量目标，是交会测量相机研制过程中的技术难题。通常方法主要通过对全视场多目标点成像，利用图像处理算法计算各个目标灰度水平，根据测量算法需求的灰度水平调整对应的积分时间，但是这种方法只能保证目标回光辐射亮度均匀稳定的主动发光目标获得较好的图像，而对于辐射亮度随测量距离不断变化的被动发光目标并不能保证获得稳定的目标图像，本发明的方法提出解决了对于 辐射亮度随测量距离不断变化的被动发光目标无法获得稳定测量图像的技术难题。

文献如下：

[1]王锐，邵晓鹏，徐军等,基于定标积分时间法提高红外成像系统动态范围的研究,红外技术，2009年第31卷第7期

[2]王茹，王翠亚，李金霞,基于CPLD的TCD1501D型线阵CCD自适应驱动电路设计，光学学报，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)

文献情况：

文献[1]通过把探测到的目标或场景的信息作为反馈量自适应地调节曝光时间，实现对系统动态范围的自动调整，从而获得一个较宽的动态范围；

文献[2]将传统的阈值分割和曝光时间自适应技术结合，根据CCD应用现场图像二值图评估光照强度浮动，调整积分时间；

文献[3]通过分析图像灰度水平，调整光源发光强度和积分时间，获得稳定的测量图像。

文献[1-3]中曝光时间调整方法需要经过多次积分时间调节才能达到比较合适的状态，而且对于不断变化的目标，调节积分时间的次数不能确定，最终导致图像输出的帧频也比较低。

交会测量相机为点光源成像，从最远距离25m至最近距离1m由于测量距离跨度较大而导致目标图像无法稳定在一定的灰度水平范围。目标亮度过强会导致目标图像溢出甚至产生拖尾；目标亮度过弱会导致目标无法识别，从而影响后续目标标志器特征识别算法的正常工作。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提出一种交会测量相机曝光时间的调整方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种交会测量相机曝光时间的调整方法，该方法的步骤为：

1)根据交会测量相机上的曝光时间等级N和测量距离范围L_min-L_max，计算滞环转捩距离L_m＝(L_max/L_min)^m/N×L_min；m＝1，2，3…N-1；

2)根据交会测量相机的最大运动速度V_max和数据更新率Κ(赫兹)，计算滞环防抖波动余量ΔL，ΔL＝a×V_max/K；a为整数，4≤a≤12；

3)一档曝光时间与二档曝光时间切换策略如下：

ⅰ当交会测量相机的运动距离L满足L_min＜L＜L₁，不进行曝光时间切换，维持1档曝光时间；

ⅱ当交会测量相机的运动距离L满足L₁+Δ_L＜L＜L₂，不进行曝光时间切换，维持2档曝光时间；