一种天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法

本发明属于空间成像仿真，具体地说，是一种天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法。

背景技术：

1、空间目标星载光学成像模拟是航天系统性能验证、任务规划及图像处理算法优化的核心支撑技术，其在成像过程中不可避免会拍摄到太阳和月球，现有仿真多聚焦于孤立空间目标与静态恒星背景的构建，重点解决空间目标光学特性建模与恒星背景成像问题，却普遍忽略了太阳、月球等强天体源的引入。由于缺乏高精度星历解算、复杂空间几何遮挡及强光源传感器响应的有效建模，导致在逆光或包含日月的复杂工况下，仿真图像与真实观测存在显著差异，无法满足星载光学成像系统在复杂光照环境下的工程化应用需求。

2、现有专利cn110095767a 提出了一种空间目标成像仿真面元消隐方法，该方法通过k近邻算法优化面元遮挡判断过程，将目标表面划分为微面元网格，分别判断各微面元对太阳光源和相机的可见性，有效提升了海量微面元条件下的计算效率。然而，该方法仅局限于目标本体的几何消隐计算，缺乏对太阳、月球等强天体源的引入机制，也未考虑逆光环境下的传感器过曝与光晕效应，难以满足复杂空间背景下的物理真实性要求。

3、现有专利cn116933567a提出了一种天基复杂多场景空间目标仿真数据集构建方法，该方法通过建立导航星库完成恒星背景成像模拟，结合空间目标反射特性建模、噪声及杂散光模拟，实现了多场景下的空间目标图像生成。但该方法在强光源干扰下的成像模拟存在明显短板，既未基于高精度行星星历解算日月位置，也未建立针对日、月特性的物理光照模型，导致在逆光或包含日月的工况下仿真可信度不足。

4、现有专利cn119672201a提出了一种天基空间小目标复杂场景动态数字成像仿真方法，该方法通过二维形状特征点描述法构建目标数字库，结合依巴谷星表恒星映射、多类型光照背景建模及动态运动仿真，实现了复杂场景下空间小目标的成像模拟。但该方法缺乏对太阳、月球的模拟能力，无法还原强光入射导致的传感器饱和溢出与光晕扩散现象。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，能够精准模拟日/月强干扰环境下星载相机的成像过程，重点解决现有仿真中日月模拟成像不真实及强光源过曝模拟的不足的问题。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)：采用opengl三维渲染方法导入目标卫星三维模型，解析目标卫星三维模型中各组成部件的顶点坐标、网格面片和材质参数，加载hipparcos星表以及nasa/jplde440s行星历表数据，生成目标卫星图像和恒星背景图像；

4、步骤(2)：根据行星星历数据、仿真时刻、观测航天器的位置和姿态以及相机视场参数，计算太阳和月球在相机坐标系下的位置，对太阳和月球进行视场检测及空间遮挡检测，得到太阳可见性判断结果、月球可见性判断结果以及对应的空间遮挡关系；

5、步骤(3)：基于可见性判断，结合月球三维模型和太阳光照射方向，计算月球渲染数据，生成月球图像；

6、基于可见性判断，计算太阳在成像平面上的像素半径，并模拟强光导致的传感器过曝与光晕效应，生成太阳图像；

7、步骤(4)：对同一仿真时刻对应的恒星背景图像、月球图像、目标卫星图像和太阳图像进行深度测试，根据所述空间遮挡关系和各图像的深度数据确定各像素位置保留的图像数据，并对保留的图像数据进行像素混合，生成可见光相机仿真图像。

8、本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）能够基于行星星历，结合传感器参数，精确计算太阳和月亮在成像平面的像素坐标（2）能够精确计算月球表面光强分布，模拟实际月相；（3）能够精确模拟太阳进入相机视场引发的过曝效果和空间目标的逆光成像效果。

1.一种天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体实现方法如下：

3.根据权利要求1所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体实现方法为：

4.根据权利要求1所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤(3)生成月球图像的具体实现方法为：

5.根据权利要求1所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤(3) 生成太阳图像的具体实现方法为：

6.根据权利要求1所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体实现方法为：

7.根据权利要求2所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤1.3的具体实现方法为：

8.根据权利要求3所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤2.1的具体实现方法为：

9.根据权利要求3所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤2.2的具体实现方法为：

10.根据权利要求5所述的天体背景下空间目标的可见光相机成像仿真方法，其特征在于，所述步骤(3) 生成太阳图像的步骤3.2的具体实现方法为：