[發(fā)明專利]一種高動態(tài)條件下實現(xiàn)星體目標提取的方法和裝置

有效

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• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101852616A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設計）人: 張廣軍;金雁;江潔;魏新國;樊巧云
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 北京派特恩知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11270
• 代理人: 張穎玲;周義剛

技術領域

本發(fā)明涉及星體數(shù)據(jù)處理技術，具體涉及一種高動態(tài)條件下實現(xiàn)星體目標提取的方法和裝置。

背景技術

星敏感器(Star?Sensor)是當今航天飛行器中廣泛采用的一種高精度、高可靠性的姿態(tài)測量部件，國內(nèi)外星敏感器在精度指標上都已經(jīng)達到了很高的水平。由于高動態(tài)載體的運行對星敏感器姿態(tài)測量器件的動態(tài)性能提出了非常高的要求，因此如何提高星敏感器動態(tài)性能成為當前新的研究熱點。

在高動態(tài)條件下，如何從圖像傳感器輸出的原始星圖圖像中提取出用于星圖識別的星體位置坐標——即星體圖像定位，是星敏感器設計中的一項關鍵性和基礎性工作。在提取星體位置信息之前必須對星圖圖像中的星體目標進行提取，再利用質(zhì)心法等算法提取星體圖像中心。星體目標提取實際上是一個圖像分割過程，這一過程可以分為兩個階段：1)將星體目標和背景分離開；2)將單個星體目標與其他的星體目標分離開。國內(nèi)外星敏感器普遍采用的將單個星體目標與其他的星體目標分離的分割方法主要有窗口法、聚類算法、連通域算法等。

動態(tài)條件下，星敏感器成像星圖發(fā)生模糊，星體成像不再為近似理想的高斯光斑分布，而會出現(xiàn)像素拖移現(xiàn)象，并且當星敏感器載體運動角速度較大時像素拖移現(xiàn)象較為嚴重。由于像素拖移現(xiàn)象的存在，使星體能量趨于分散，經(jīng)過星圖濾波及閾值分割等處理后，星體圖像會出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。在2°/s動態(tài)條件下，拍攝某天區(qū)星圖經(jīng)濾波、閾值分割處理后的圖像如圖1所示，圖中②號、④號星體圖像出現(xiàn)明顯斷裂現(xiàn)象。

目前，美國加州理工大學的JPL實驗室提出的方法是以檢測大于閾值的像素為中心點，以固定大小的像素范圍作為窗口提取星體目標，即窗口法。在進行星體目標提取時，窗口法方法簡單，能在星體圖像斷裂情況下實現(xiàn)分割，但固定的窗口不能適應星敏感器運動方向及速度的變化；并且窗口法對斷裂星體不進行處理，會降低星體圖像定位精度。

另外，還可以應用質(zhì)心跟隨成像方法，如：采用4連通域算法將單個星體目標與其他星體目標分離。連通域算法雖然具有算法簡單、便于硬件實現(xiàn)、處理速度快等優(yōu)點，但此方法基于連通原理，會將一個星體從其斷裂部分分割為不同的星體，造成分割錯誤，不利于順利實現(xiàn)星體目標提取。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種實現(xiàn)星體目標提取的方法和裝置，以在高動態(tài)條件下對星體目標進行有效提取，提高星體目標提取精度。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種高動態(tài)條件下實現(xiàn)星體目標提取的方法，該方法包括：

針對星體選取自適應窗口，在選取的自適應窗口內(nèi)進行星體斷點判定，根據(jù)斷點判定結果對斷裂的星體進行基于結構元素的主動生長，針對完成星體主動生長的所述窗口進行用于支持星體目標提取的質(zhì)心計算。

所述自適應窗口的選取是根據(jù)星敏感器運動速度及星體拖影特點實現(xiàn)的，并且在選擇自適應窗口的大小及方向時設定窗口內(nèi)有效像素數(shù)范圍；

在所述有效像素數(shù)范圍中，有效像素數(shù)上限值的設定用以濾除大面積噪聲，有效像素下限值的設定用以濾除孤立噪點。

所述選取自適應窗口的過程包括：

第一步：計算窗口大小N；

N=PFOV·v·t]]>

其中，P表示圖像傳感器每行有效像素數(shù)；

FOV表示星敏感器視場；

v表示星敏感器載體運動速度；

t表示曝光時間；

第二步：從上至下、從左至右掃描星空圖像；

第三步：設當前像素點坐標為(x，y)，其灰度為f(x，y)；如果當前像素灰度值大于設定的灰度閾值T，則：

掃描以(x，y)，(x+N，y)，(x+N，y+N)，(x，y+N)為頂點的方形窗口區(qū)域，該方形窗口稱為右窗口；當像素灰度值大于設定的灰度閾值T時，則像素數(shù)numr加1，直到整個窗口掃描完畢，記錄numr；

掃描以(x-N/2，y)，(x+N/2，y)，(x+N/2，y+N)，(x-N/2，y+N)為頂點的方形窗口區(qū)域，該方形窗口稱為中間窗口；當像素灰度值大于設定的灰度閾值T，則像素數(shù)numm加1，直到整個窗口掃描完畢，記錄numm；