Субпиксельное накопление и обнаружение смазанных изображений звёзд, полученных астроинерциальным датчиком ориентации на фоне дневного неба
Автор: Василюк Николай Николаевич
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Численные методы и анализ данных
Статья в выпуске: 2 т.48, 2024 года.
Бесплатный доступ
Для определения ориентации по изображению звёздного поля, полученному цифровой камерой, необходимо обнаружить изображения отдельных звёзд и определить их координаты с субпиксельным разрешением. Эта задача относительно легко решается, если изображение получено неподвижной камерой, наблюдающей ясное ночное небо. Затруднение возникает при наблюдении звёзд поворачивающейся камерой на фоне дневного неба, когда смазанные изображения звёзд практически невозможно обнаружить в фоновом шуме в одном кадре. Из этого затруднения можно выйти за счёт накопления некоторого количества последовательных кадров, в которых предварительно выполнена согласованная фильтрация смаза. В работе рассматривается алгоритм накопления последовательности кадров, реализованный в виде многоканального накопителя, состоящего из нескольких однотипных накопительных каналов, работающих параллельно. Плоскость накопленного изображения в каждом канале совпадает с плоскостью первого кадра накапливаемой последовательности. Субпиксельное разрешение в определении координат обнаруженных изображений звёзд достигается за счёт введения внутрипиксельной дискретизации в первом кадре. Ориентация текущего кадра относительно первого кадра вычисляется из измерений гироскопов астроинерциального датчика. При синтезе импульсных реакций фильтров, согласованных со смазом в очередном кадре, учитываются ориентация этого кадра и расположение узлов внутрипиксельной дискретизации первого кадра. Приводятся расчётные формулы для определения числа накапливаемых кадров в зависимости от угловой скорости вращения камеры, интенсивности фона и яркости наблюдаемых звёзд. Результаты моделирования показывают возможность обнаружения смазанных изображений относительно тусклых звёзд на фоне дневного неба и определения их координат с субпиксельным разрешением.
Астродатчик, астрокорректор, астроинерциальная навигационная система, коррекция смаза, накопление изображений
Короткий адрес: https://sciup.org/140303281
IDR: 140303281 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1309
Список литературы Субпиксельное накопление и обнаружение смазанных изображений звёзд, полученных астроинерциальным датчиком ориентации на фоне дневного неба
- Vasilyuk NN. Synthesis of the rotational blur kernel in a digital image using measurements of a triaxial gyroscope. Computer Optics 2022; 46(5): 763-773. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1081.
- Vasilyuk NN. Correction of rotational blur in images of stars observed by an astroinertial attitude sensor against the background of the daytime sky. Computer Optics 2023; 47(1): 79-91. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1141.
- Liebe CC, Gromov K, Meller DM. Toward a stellar gyroscope for spacecraft attitude determination. J Guid Control Dyn 2004; 26(1): 91-99. DOI: 10.2514/1.9289.
- Samaan MA, Mortari D, Pollock TC, Junkins JL Predictive centroiding for single and multiple FOVs star trackers. J Astronaut Sci 2002; 50(1): 113-123. DOI: 10.1007/BF03546333.
- Aretskin-Hariton E, Swank AJ. Star tracker performance estimate with IMU. AIAA Guidance, Navigation and Control Conf 2015: AIAA2015-0334. DOI: 10.2514/6.2016-0334.
- Wang Z, Jiang J, Zhang G. Global field of view imaging model and parameter optimization for high dynamic star tracker. Opt Express 2018; 26(25): 33314-33332. DOI: 10.1364/OE.26.033314.
- Wang S, Zhang S, Ning M, Zhou B. Motion blurred star image restoration based on MEMS gyroscope aid and blur kernel correction. Sensors 2018; 18(8): 2662. DOI: 10.3390/s18082662.
- Loke SC. Astronomical image acquisition using an improved track and accumulate method. IEEE Access 2017; 5: 9691-9698. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2700162.
- Ni Y, Dai D, Tan W, Wang X, Qin S. Attitude-correlated frames adding approach to improve signal-to-noise ratio of star image for star tracker. Opt Express 2019; 27(11): 15548-15564. DOI: 10.1364/OE.27.015548.
- Ma L, Bernelli-Zazzera F, Qin S, Wang X, Ma L. Performance analysis of the attitude-correlated frames approach for star sensors. IEEE Metrology for Aerospace 2016: 81-86. DOI: 10.1109/MetroAeroSpace.2016.7573190.
- Kirichuk VS, Kosykh VP, Kurmanbek UT. Algorithm of detection of moving small-scale objects in a sequence of images. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing 2009; 45(1): 8-13. DOI 10.1134/S8756699009010026.
- Kirichuk VS, Kosykh VP. Construction of a multichannel filter for detecting point targets in the image formed by a matrix photodetector. Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing 2012; 48(5): 497-505. DOI 10.3103/S875669901205010X.
- Branets VN, Shmyglevski IP, Applications of quaternions in problems on the motion of rigid bodies [In Russian], Moscow: "Nauka" Publisher; 1973.
- Molodenkov АV, Sapunkov YG, Perelyaev SЕ, Molodenkova ТV, Analytical solutions in the Darboux problem, the Bortz equation and the approach to orientation algorithm of sins based on them [In Russian]. Applied Mathematics and Mechanics 2019, 83(4): 586-596. DOI 10.1134/S003282351904009X.
- Bessonov RV, Zhukov BS, Karavaeva ES, et al. The basic principles of design of astrocorrector for endoatmospheric vehicles [In Russian]. Current Problems in Remote Sensing of the Earth from Space 2018; 15(6): 21-30. DOI: 10.21046/2070-7401-2018-15-6-21-30.
