[发明专利]一种望远镜视场中高星等滑动恒星的增强和提取方法

说明书

技术领域

本发明属于光电测量领域，具体涉及一种望远镜视场中高星等滑动恒星的增强和提取方 法。

背景技术

天文定位是望远镜常用的一种对空间目标跟踪定位的方法，它是指利用望远镜图像系统 采集空间目标及背景恒星的图像，经过恒星提取和星图匹配，获取目标相对于恒星的位置信 息。与其它定位方法相比，天文定位方法不受望远镜指向误差、大气折射等因素的影响，大 大提高了定位精度，是新一代望远镜测定空间目标采用的主要方法。对于大视场的望远镜来 说，视场中低星等的恒星往往较多，因此不需要进行特别的处理即可提取到一定数量的恒星。 然而，对于视场小于度级的望远镜，很难保证视场中有足够的低星等恒星可用以提取定位。 因此，要在这类望远镜中实现天文定位，只能利用密集而微弱的高星等恒星。

高星等恒星由于亮度很小，往往信噪比极低，甚至视觉上无法观测，故直接提取的误检 率和漏检率通常是非常高的，因此必须首先进行增强处理。然而，天文定位的目的是对其它 空间目标进行跟踪和定位，所以此时恒星在视场中是滑动的，而不是驻留在一个固定的位置， 并且望远镜的移动路径、机架晃动和视场畸变等因素还会导致恒星滑动的轨迹不规则。要在 这种条件下对恒星进行增强，属于一个未知数量弱小机动目标的检测问题，实现起来有如下 几个难点：

(1)图像噪声剧烈，部分恒星信噪比极低，甚至无法直接观测；

(2)恒星滑动的轨迹可能不规则；

(3)恒星之间亮度相差很大，较亮的恒星常常将较暗的恒星掩盖；

(4)恒星个数不确定，是一个不定数的多目标提取问题；

(5)恒星与其它天体没有形状和亮度等特征，难以区别；

(6)图像背景不均，常伴有波状起伏；

(7)对实时性有要求，算法不能太繁琐，等等。

通常而言，单纯用图像来实现上述增强和提取是非常困难的。目前的方法主要分为两类： 一是先探测后跟踪，二是先跟踪后探测。由于弱小目标特征不明显，因此多以先跟踪后探测 算法为主。先跟踪后探测算法是先搜索所有可能的运动轨迹再来判断真实的轨迹并进行多帧 关联，目前常用的方法有霍夫变换、多级假设检验、粒子滤波、二维自适应滤波、三重时空 滤波、定向滤波、形态学滤波、二次面模型、神经网络、动态规划、穷举法等等。然而，这 些方法仍然无法完全克服上述的轨迹不规则、个数不确定、天体之间难以区分、实时性有要 求等几个问题。尤其是在实时性的问题上，以上方法都需要很大的计算量和存储量，导致延 迟时间过长，容易造成与实时目标失去同步，因此难以在实际工程中应用。

另外，恒星增强和提取的目的是用于天文定位，故对提取的精度还有较高的要求。以上 探测方法无一例外都会使用多帧关联，虽然多帧关联可以使检测更加准确，但是却会降低提 取的精度。天文定位需要的是恒星的实时位置，而多帧关联后会导致恒星趋于平均位置，从 而使提取精度受到影响。因此，还亟需一种适用于多帧关联的、精度更高的的恒星提取方法 来解决上述矛盾，从而提高恒星的定位精度。

发明内容

本发明解决的技术问题：针对天文定位中背景高星等滑动恒星检测率低及定位精度不高 的问题，将天文和图像处理技术相结合，提供一种快捷有效的恒星增强和提取方法，可大幅 度提高滑动恒星的信噪比，实现高星等滑动恒星的可靠检测，并准确地提取出恒星的实时质 心位置，从而为天文定位提供技术支持。

本发明采用的技术方案为：一种望远镜视场中高星等滑动恒星的增强和提取方法，利用 天文信息来计算恒星滑动的轨迹，并使用了背景均衡化法、半随机定轨累加法、噪声归一法、 双阈值定轨关联法、两步质心提取法等图像处理技术，来确保恒星增强提取的可靠性和准确 性。其基本原理如图1所示，实现步骤如下：

第(1)步、用星表计算恒星在望远镜视场中滑动的帧间偏移量；

第(2)步、用中值滤波和背景均衡化法对当前帧图像进行预处理；

第(3)步、用半随机定轨累加法、背景均衡化法和噪声归一法对恒星进行增强；

第(4)步、用阈值分割法和形态学滤波对恒星进行分割；

第(5)步、用双阈值定轨关联法和连通域标记法对恒星进行检测；

第(6)步、用包含相对定位和绝对定位的两步法对恒星进行质心提取。

进一步的，所述第(1)步的实现步骤为：

1)用天文算法将当前帧的地方平时转换为当地恒星时；