随着空间发射能力的提升和各类商业空间活动的增多,成千上万的空间目标包括在轨卫星及空间碎片围绕在地球的各种轨道上。空间环境也由此变得愈加复杂,同时也对人类探索太空造成了极大挑战。因此对空间目标的探测与识别已成为当下空间活动中的重要内容。天基空间目标探测系统因其不受天气、时间、地理位置等因素的影响,同时利用微小卫星搭载大视场光学望远镜具有灵活拍摄、整体观测能力强等诸多优势,逐渐受到了越来越多的关注。但在太空环境中工作时,天基空间目标探测系统很容易受到杂散光的干扰:一方面杂散光限制了天基空间目标探测系统对高星等空间目标的探测能力;另一方面,杂散光导致了图像的退化,严重降低了天基星图的成像质量,大大提高了星图预处理的难度。因此,本论文以天基空间目标探测系统为背景。为了提高系统的成像性能,围绕杂散光抑制与处理技术展开研究。主要的研究内容如下:天基空间目标探测系统光学设计及杂散光抑制技术研究。首先,根据课题高分辨率及紧凑化光学结构的要求,设计了视场为60°×30°的基于同心透镜的大视场光学系统,并对其杂散光特性进行了分析。之后,针对外部杂散光,在系统轻小型结构约束下设计了一级遮光罩结构,同时提出了一种具有倾斜挡光环的遮光罩结构,并建立了基于辐照度传输方程的快速优化模型。运用该模型能够高效、准确地完成对倾斜挡光环角度的优化设计过程,以更少的时间实现遮光罩结构的最佳杂散光抑制性能。同时光线追迹的结果表明,在不增加遮光罩体积的情况下,两视场杂光抑制角外的点源透过率平均降低了1个数量级。天基星图杂散光非均匀背景校正技术研究。首先,总结分析了现有非均匀背景校正方法以及在处理星图杂散光非均匀背景时存在的问题。然后,提出了一种基于灰度形态学的递归多尺度非均匀背景校正算法,该算法无需任何先验信息,即可在保留目标的同时对非均匀背景进行高精度的校正。随后,在此基础上,又进一步提出了一种适用性更强的非均匀背景快速校正算法,其不仅极大地降低了算法所需的运行时间。同时还弥补了因不同目标的尺寸变化“不连续”时,基于灰度形态学的递归多尺度非均匀背景校正算法会丢失目标的缺点。该算法同样无需任何先验信息,即可实现对多种复杂非均匀背景的高精度校正。同时两种算法校正后星图中暗弱小目标的信噪比均提高了2倍以上。天基星图噪声抑制技术研究。首先,结合非均匀背景校正技术,分析了杂散光非均匀背景校正后星图中残余噪声的特性。随后,针对传统基于中值滤波及其改进算法对图像细节的损失,以及难以区分星图中目标与类盐噪声的局限性,提出了一种基于邻域方向差分的自适应中值滤波算法。该算法可利用相邻像素间的相似性,针对疑似噪声点进行二次检测,同时结合自适应窗口内无噪声邻域点的加权均值来进行噪声点的恢复。该方法不仅可有效去除普通图像中的椒盐噪声,还提高了对图像细节的保护能力。同时当处理杂散光非均匀背景校正后星图中残余的类盐噪声时,相比于传统算法,在消除噪声的过程中其能够准确地区分并保留目标信息,且在不同场景下均具有较强的鲁棒性。