基于 CCD 点扩散和拖尾特性的星空模拟方法研究

文章编号 :100621630 ( 2009) 0420030205基于成像拖尾效应的图像测速算法徐 骋1 ,刘永才2 ,刘汉周2(1 . 哈尔滨工业大学 航天学院 ,黑龙江 哈尔滨 150001 ; 2 . 北京机电工程研究所 ,北京 100074)摘 要 :根据相机成像拖影长度与相机运动及曝光时间的关系 ,提出一种基于成像拖尾效应的图像测速方法 ,给出了用航拍相机进行图像测速的实施方案 。

建立了影像与成像平面和地面景物间的相对运动模型 ,设计了基于 互相关分析的拖影长度测量方案 ,给出了测量算法 ,并分析了像素尺寸和成像比例等对测速精度的影响 。

算例表 明 :该法对速度无剧烈变化的准匀速运动的测速效果较好 ,为飞行器实时飞行速度测量提供了一种解决方案 。

关键词 :图像测速 ; 成像拖尾 ; 互相关分析 ; 拖影长度估计中图分类号 : T P 391 . 9文献标识码 : AVel oc i ty Mea s ure m ent Algorithm B a s ed on Smearing Ef f e ctXU Che n g 1, L IU Y o n g 2cai 2, L IU Ha n 2zho u2(1 . S choo l of A s t r o n a u t ic s , Ha r b in In stit u t e of Tech n o lo g y , Ha r b in Heilo n gjia n g 150001 , Chi n a ;2 . Beij n g Elect r o 2Mecha n ical Engineering In stit u t e , Beijing 100074 , China )Abstract : A cco r d ing to t h e relat io n ship bet w een t h e smear gho s t a n d t h e relative mo v ement of t h e ca m era a n d t he t a r get , a n i mage met ho d of velo cit y mea surement ba sed o n t he smea ring eff ect wa s p resent ed in t hi s p a per . The scheme of velocit y mea surement using aerial imaging ca mera wa s p re sent ed. The relative mo t io n mo del of t h e imag e to t he imaging p lane and gro und t a r get wa s e st abli shed. The mea surement ba sed o n cro ss 2co r relatio n a nalysi s fo r smea r lengt h wa s de s igned , a n d t h e mea s urement alg o r it h m wa s given o u t . The eff e ct s of t h e p ixel size a n d scale of t he camera o n t he mea surement accuracy were analyzed. The re sult s sho wed t hat t he new alg o r it h m had a g oo d p erfo r ma n ce i n mea suring velo cit y of t he ai rcraf t f l ying in a unifo r m sp eed , w hich wa s p ro vided a s ol u tio n fo r t h e aircraf t velo cit y mea s uri n g in real time .K ey w ords : V elocit y mea s urement ; Smea r ing eff e ct ; Cro s s 2co r r elatio n ; Trailing smea r lengt h e s timating方法测量成像尾迹长度 ,结合曝光时间参数 ,即可求得影像相对成像平面的移动速度 ,进而根据相机的引言相机的成像拖尾效应 ,是造成相机成像模糊的 重要原因之一。

星模拟器文献综述星模拟器主要分三类，静态星模拟器（static star simulator）、动态星模拟器（dynamic star simulator）和电子星模拟器（electrical star simulator）。

1 电子星图模拟器电子星空模拟器产生动态星图，模拟星敏感器探头输出的图像激励星敏感器线路盒。

电子星空模拟器没有复杂的光学系统，不需要高精度的机械加工，使用时也不需要精确安装，输出的电子星图星点位置精度高，可用于分系统、整星和靶场测试,电子星空模拟器能够模拟随卫星轨道和姿态变化的星图，实现全轨道实时多星模拟，替代星敏感器探头作为星敏感器的输入，使星敏感器具备接入闭路测试的能力。

2 静态星模拟器静态星模拟器的实质是平行光管，在焦面上放置一个或若干个一定大小的针孔。

经光源照射后，针孔像就可认为是平行出射的星点。

在光源前加不同的中性滤光片，可以表示不同的星等，加入带通滤光片可以大致表达恒星的光谱特性。

这种星模拟器结构简单，对实时性一般无要求，对单星张角、星等等参数的模拟精度要求高。

3 动态星模拟器a)小型动态星模拟器技术研究（博士学位论文）提出基于数字光处理的小型动态星模拟器总体技术方案，并确定了小型动态星模拟器的主要技术指标。

星模拟器光学系统，包括非成像的照明光学系统和成像的准直物镜系统两部分。

为了达到小型化的星模拟器技术要求，设计基于白光发光二极管的照明光学系统，并对光阀处的光斑均匀性进行优化与仿真分析，照明不均匀度达到3%；针对星模拟器准直物镜系统的特点，设计了复杂化匹兹万结构的光学系统，并对像差进行了优化分析，最终结果为绝对畸变小于光阀像元尺寸，相对畸变控制在1‰以下，达到星模拟器成像光学系统要求。

本文的主要创新点在于：一、采用数字光处理技术作为小型动态星模拟器的显示核心，提高显示图像的响应速度和光能利用率，国内外未见相关文献报道；二、探索性地开展星光颜色模拟的研究，为进一步开展恒星的近似光谱模拟提供了一条途径。

stars研究方法【实用版3篇】目录（篇1）1.STARS 研究方法的定义和特点2.STARS 研究方法的应用领域3.STARS 研究方法的优势和局限性4.我国在 STARS 研究方法方面的发展与应用正文（篇1）STARS 研究方法是一种以系统性、全面性、针对性和可持续性为特点的研究方法。

它代表了一种新的研究范式，通过跨学科、多角度、全过程的研究方式，深入探究各种现象和问题。

STARS 研究方法的应用领域非常广泛，它既可以应用于自然科学，也可以应用于社会科学。

例如，在环境科学领域，通过 STARS 研究方法，可以全面地分析和解决环境问题。

在教育科学领域，通过 STARS 研究方法，可以深入地研究教育教学的各个环节，从而提高教学质量。

STARS 研究方法的优势主要体现在其全面性和针对性上。

全面性体现在它能够从多个角度去分析问题，从而使研究结果更加全面。

针对性则体现在它能够针对具体的问题进行深入的研究，从而使研究结果更加有针对性。

然而，STARS 研究方法也存在一些局限性，比如研究过程可能会比较复杂，需要投入大量的时间和精力。

我国在 STARS 研究方法方面的发展与应用也取得了一些成果。

近年来，我国在 STARS 研究方法的理论研究和实践应用上都取得了一些进展。

在理论研究方面，我国学者对 STARS 研究方法的理论体系进行了深入的探讨。

在实践应用方面，我国在一些领域已经开始采用 STARS 研究方法，并且取得了一些成效。

总的来说，STARS 研究方法是一种具有广泛应用前景和巨大潜力的研究方法。

我国在这方面的发展与应用还处于初级阶段，但已经有了一些成果。

目录（篇2）1.STARS 研究方法的概述2.STARS 研究方法的步骤3.STARS 研究方法的应用案例4.STARS 研究方法的优点与局限性正文（篇2）STARS 研究方法是一种用于解决复杂问题的系统性思考方法，它代表着“Situation（情境）、Target（目标）、Action（行动）、Result（结果）”四个步骤。

CCD成像技术及其在遥感中的应用第一章概述内容D是一种图像传感器D的发明D的种类D的现状D的应用D与遥感7.航空遥感和航天遥感D与光学有效载荷9.结束语CCD是一种图像传感器C C D是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的简称。

CCD可以把通过光学镜头把景物投影到其上的光信号转换为与之成比例的电荷包，在CCD像面上形成电荷图像，将电荷图像输出成为电压视频图像。

以后再经过数字化处理可以把图像作为一个文件存储或进一步处理。

光学图像电荷生成电荷包收集电荷包转移电荷转换视频图像电荷耦合器件( CCD)发明以前如何感知图像？摄影胶片：黑白胶片、彩色胶片、红外胶片。

真空摄像器件：光电导摄像管、超正析像管、二次电导管、硅靶摄像管和返束视像管通用光电导摄像管高灵敏度硅靶摄像管高分辨率返束视像管电荷耦合器件（C C D）是二十世纪七十年代初期（1969～1970年）由Dr. Willlard S. Boyle和Dr. George E. Smith在Bell Laboratories 发明的。

Dr. Willlard S. Boyle Dr. George E. SmithSmith and Boyle接收的挑战之一，要为计算机发明一种新的半导体存储器，还有一个是开发一种需要固态相机视频电话服务技术。

在1969年10月17日，他们化了不到一个小时的时间勾画出CCD的基本结构，确定了CCD的工作原理，也提出了这种器件在成像和存储数据方面应用的可能。

Labs的研究人员就用CCD制成了世界上第一台固态视频相机。

1975年他们用这台CCD相机所作的演示证明其图像质量已经达到了广播电视的清晰度要求。

“CCD发明的故事为研究工作提供了两个深刻的启示，一个是你在解决今天所提出问题的过程中可能想象不到会创造出对将来产生巨大影响的某种东西。

另一方面，前沿科学和前沿技术在很大程度上是相互依存的。

固态物理的进展导致了CCD技术的发明，而CCD技术现在却在为从海底到外层空间的所有领域的科学研究提供不可替代的服务。

星敏感器基本原理及研究现状与发展趋势0 引言星敏感器是以恒星为参照系，以星空为工作对象的高精度空间姿态测量装置，通过探测天球上不同位置的恒星并进行解算，为卫星、洲际战略导弹、宇航飞船等航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准，并且与惯性陀螺一样都具有自主导航能力，具有重要的应用价值。

星敏感器的研究发展与应用已历经半个多世纪，随着新材料，新器件的出现和工艺技术的进步，精度提高，功耗减小，成本降低，应用领域日益广泛的新型星敏感器不断推出。

因此，及时收集整理分析比较国外星敏感器的信息，有利于国内有关姿态测量控制技术的发展。

1 星敏感器研究现状1.1 应用于卫星等空间飞行器的星敏感器星敏感器空间适用性好，且成本较高，因此传统上多用于卫星等空间飞行器的定姿。

1.1.1 基于CCD图像传感器的星敏感器电荷耦合器件(CCD)体积小，重量轻，功耗低，耐冲击，可靠性高，像元尺寸及位置固定，对磁场不敏感，适合空间应用需要，自70年代中期美国率先研发出基于CCD的星敏感器后，一直作为主流的图像传感器应用于星敏感器。

（1）德国Jena-Optronik 的ASTRO 系列该公司的第一款星敏感器是ASTRO 1，1984 年研制，1989年应用于MIR(和平)空间站上。

其后的ASTRO 5是全自主星敏感器，重量轻、功耗小、价格便宜，但横滚轴精度较差，需要两枚同时工作以提高精度。

ASTRO 10 为分体式结构，电子模块与光敏模块分离，主要应用于近地轨道的各类卫星(SAR-Lupe，TerraSAR，DARPA’s Orbital Express,我国的HJ-1 与FY-3等)。

ASTRO 10 集高精度低功耗低重量低成本等优点于一身，是全自主式星敏感器。

主要特点是：内置星表，无须先验知识定姿，遮光罩的遮光角可以自定。

自主温控或者由飞行器控制。

电子模块和敏感器头部相互独立，依靠电缆连接，便于在飞行器上的安装与调整。

电子接口可选。

这可能是最详细的星空摄影入门教程，果断收藏！引言天体物理学有个浪漫的说法：星空是你身上每个原子的故乡。

如果你曾在远离都市的某个地方看过夜空中流淌的星河，一定有过这样的感受，璀璨的星光将世俗的双眼洗刷得干净透彻，心灵寻得片刻的宁静。

星空季又到了，喜欢摄影的你是不是蠢蠢欲动却被不知从何下手而困扰呢？星空题材看似高深，但其实掌握了相关天文知识和拍摄技巧后，很多新手都可以拍摄成功。

正文之前，先来欣赏几张星空美图吧。

网络上星空摄影教程屡见不鲜，我试图将这些碎片化的知识点结合自己的经验，整理成系列教程，全面地讲解前期拍摄技术和后期思路，并用实例详细介绍后期处理的每一步骤。

星空摄影系列教程拟分为：星空摄影技巧揭秘 (上)星空摄影技巧揭秘 (下)星空全景接片前期后期技术详解本文将从以下几方面系统讲解：上篇下篇1. 相关天文知识 1. 降噪处理· 南北半球银河特点及差异· 噪点类型及特征· 如何利用月光为照片增色· 五种常见降噪方法适用情况2. 拍摄条件· 堆栈降噪实例3. 拍摄器材 2. 星轨拍摄技法4. 银河拍摄技法· 拍摄时间· 星空拍摄参数· 拍摄方位· 四种利用光源拍摄地景方法· 拍摄器材· 手动对焦技巧· 拍摄方法· 景深合成· 堆栈叠加后期处理星空摄影可以大致分为两大类：深空摄影（天体摄影）以及星野摄影。

深空摄影一般情况下指以拍摄深空天体为主要目的的摄影门类，包括月亮，太阳，星云和星团等，又可分为纯深空天体和广域深空两大类，需要使用昂贵的特殊专业设备，诸如导星设备、赤道仪、冷冻CCD、天文望远镜等等。

此类题材属于天文摄影，在此不做深入讨论。

而星野摄影主要是以拍摄地景加星空（银河、星轨、流星雨等）的拍摄方式，风光摄影中的星空摄影通常是指这一类。

相比深空摄影，星野摄影的起点并不高，更注重构图和后期调色等技巧。

从简到繁：探讨ccd中激光混合光斑的中心定位算法1.引言在现代科技发展中，激光技术已经应用到了许多领域，其中包括工业制造、生物医学、通信等领域。

在激光技术的应用中，对激光光斑的准确定位尤为重要。

特别是在CCD成像系统中，准确地定位激光混合光斑的中心，对实现精准测量和控制具有重要意义。

本文将围绕着CCD中激光混合光斑的中心定位算法展开讨论，探究其在激光技术应用中的重要性以及相关的研究成果和趋势。

D中激光混合光斑的中心定位算法CCD成像系统是一种常见的光学成像系统，其工作原理是利用CCD 芯片对物体反射或透射的光信号进行感光成像，从而获取图像信息。

在激光技术中，通常会出现激光混合光斑的情况，即多束激光光斑在CCD图像上产生重叠，这就需要进行光斑中心定位来准确确定光斑的位置和大小。

在过去的研究中，人们提出了多种基于CCD图像的激光光斑中心定位算法，如基于亮度重心法、基于二维高斯拟合法、基于模糊聚类法等。

这些算法在不同的应用场景中具有一定的效果，但随着实际需求的不断提高，传统的定位算法也存在着一些局限性，例如对光斑形状、大小和噪声的依赖性较强，定位精度不高等问题。

3.最新研究成果为了克服传统算法的局限性，近年来一些研究者提出了基于深度学习的激光光斑中心定位算法。

通过深度学习网络对CCD图像进行端到端的学习和训练，可以有效地提高光斑中心的定位精度和鲁棒性。

一些研究者还结合了神经网络和传统的图像处理算法，提出了一些混合型的光斑中心定位方法，取得了较好的效果。

在实际应用中，这些新的研究成果已经得到了一些工业和科研领域的认可和应用，取得了一定的成效。

4.总结与展望CCD中激光混合光斑的中心定位算法是激光技术中的一个重要研究方向，其准确性和稳定性对激光技术的应用具有重要意义。

目前，随着深度学习和人工智能技术的不断发展，基于深度学习的光斑中心定位算法在未来的研究和应用中将发挥重要作用。

人们也在不断探索新的定位算法和技术，以应对实际应用中的复杂情况。

临近空间星敏感器观星能力研究
李晓;徐卿;孙秀清;李林
【期刊名称】《空间控制技术与应用》
【年(卷),期】2024(50)3
【摘要】临近空间飞行器对星敏感器需求日益增加,与空间应用环境相比,临近空间包含大气消光、天空背景光、高速、高温和高动态等影响星敏感器观星能力的新环境.对影响临近空间星敏感器观星能力的因素进行逐级分解,得出视场、灵敏度、星点信噪比和图像处理算法等因素对观星能力的影响机理,并针对信噪比与环境因素和设计因素的关系进行量化分析,在此基础上提出临近空间星敏感器整机参数设计方法.针对特定需求开展原理样机的设计与试验验证,试验数据验证了原理样机能够满足应用需求.
【总页数】9页(P94-102)
【作者】李晓;徐卿;孙秀清;李林
【作者单位】北京控制工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V448.22
【相关文献】
1.基于CMOS的星敏感器白天观星能力分析
2.星敏感器外场观星标定及检验方法研究
3.临近空间大气压力传感器现场校准装置研究
4.白天大气层内星敏感器观星能力分析
5.星敏感器辅助的临近空间飞行器姿态匹配传递对准方法
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