[發明專利]一種采用行列聚類并行的星像坐標提取方法

有效

• 申請號: 202011085792.9
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112348053B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 蘇暢;周建濤;張激揚;王立;李全良;梁瀟;陳建武;趙媛;龐少龍
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G06F18/23
• 分類號: G06F18/23;G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

本發明涉及一種采用行列聚類并行的星像坐標提取方法，屬于星敏感器星圖處理技術領域。包括行聚類處理：S11、完成星點行塊中首個像素的確定；S12、完成行塊中信息的更新；S13、完成行聚類結束的行塊信息的傳遞；列聚類處理；質心坐標的確定：基于組成星點各像素的灰度和ΣΣI、灰度與列位置的乘積和ΣΣxI、灰度與行位置的乘積和ΣΣyI，根據重心法即可得到該星像的質心位置。本發明在探測器高像素輸出頻率下，可有效降低FPGA的工作頻率，對提升星敏感器的工作穩定性和降低功耗有重要意義。

技術領域

本發明屬于星敏感器星圖處理技術領域，涉及一種采用行列聚類并行的星像坐標提取方法。

背景技術

目前星敏感器采用的星像坐標提取方法主要有以下兩種方式。一種是采用串行模式提取星像坐標；另外一種是采用FPGA來實現實時提取星像坐標。采用串行模式提取星像坐標是先把星圖保存在存儲器中(SRAM或者DDR)，然后處理器從存儲器中逐個讀取星圖中的像素灰度值，利用重心法來提取星像坐標，采用這種方式提取坐標需要對同一幅星圖進行兩次操作，即保存星圖到存儲器中和從存儲器中讀取星圖，因此增加了提取時間，而且隨著星敏感器中的圖像傳感器面陣越大，保存和讀取圖像的時間也隨之增加，提取星像坐標的時間也就越長。

采用FPGA來實現星像坐標實時提取的方法不需要把星圖保存到存儲器中，而是FPGA獲取星圖的一個像素后，立刻對該像素進行聚類并實時完成星像坐標提取，提取過程需要對相鄰上、左、左上的像素點判斷、灰度乘法和加法計算，一共需要5個周期才能完成一個像素的處理，即FPGA獲取星像坐標的工作頻率至少要設定為探測器像素輸出速率的5倍，而隨著探測器像素時鐘的提高，此時FPGA獲取星像坐標的工作頻率需要相應地提高5倍。而FPGA性能有限，且極高頻率工作時，穩定性也隨之降低，因此采用該方法提取星像坐標也受到了FPGA器件的限制。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為克服現有技術的不足，提出一種采用行列聚類并行的星像坐標提取方法，將對逐個像素聚類的方式優化成對像素隊列聚類的方式，實現對恒星星像坐標的實時提取，解決現有的實時提取星像坐標方法中像素輸出時鐘與處理時鐘不匹配的問題，達到一個時鐘周期處理完一個像素的目的，減少了星像坐標提取時間，提高了星敏感器的實時性。

本發明解決技術的方案是：

一種采用行列聚類并行的星像坐標提取方法，包括行聚類處理、列聚類處理及質心坐標的確定，

行聚類處理：

S11、完成星點行塊中首個像素的確定：從探測器讀取像素點的灰度值，將該值與濾波后的背景閾值相比較，若小于背景閾值，則將該像素點視為背景，不作處理，等待讀取下一個像素點的灰度值；若大于背景閾值，表明其是星像點，且為星點行塊中的首個像素，記錄該像素的灰度I、像素點的列位置X作為該行塊的列起始位置COL_START、行塊所在行位置及灰度與列位置的乘積XI，并將行塊長度賦值為1轉到S12；

S12、完成行塊中信息的更新：繼續判斷下一像素點灰度值是否大于背景閾值，若大于背景閾值，表明該像素點與前一像素點屬于同一星像，將當前像素的灰度I、灰度與列位置的乘積XI累加到前一像素的相應寄存器中，并將行塊長度加1，保持在S12；若小于背景閾值，表明該像素點不在其前一像素所屬的星像中，則上一行塊行聚類結束，轉到S13；

S13、完成行聚類結束的行塊信息的傳遞：將行聚類結束的行塊信息灰度和ΣI、灰度與列位置的乘積和ΣXI、灰度與行位置的乘積和ΣYI、行塊起始列位置COL_START、行塊長度以及行塊所在行位置信息傳遞給列聚類處理，同時回到S11，繼續對后面滿足要求的像素點進行行聚類處理；

列聚類處理：

基于已知行塊的灰度和ΣI、灰度與列位置的乘積和ΣXI、灰度與行位置的乘積和ΣYI、行塊起始列位置、行塊長度以及行塊所在行位置，作為判斷兩個行塊是否關聯和列聚類是否結束的標志，進而對行聚類處理后得到的行塊進行列聚。