[發明專利]一種基于雙重梯度閾值的星敏感器星點分割方法

有效

• 申請號: 202011588245.2
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112634295B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 江文超;戴東凱;丁建群;譚文鋒;倪源蔓;秦石喬;王省書;鄭佳興;吳偉
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T7/136;G06T5/00
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 周曉艷;張勇

本發明公開一種基于雙重梯度閾值的星敏感器星點分割方法，包括以下步驟：獲取灰度分布矩陣；根據灰度分布矩陣得到星圖的梯度分量矩陣；對梯度分量矩陣進行處理得到分割星圖；將行列兩個維度得到的分割星圖求并集得到星圖。應用本發明的方法，效果是：采用雙重梯度閾值分割可有效減少星圖中星點誤檢測的概率；通過微分處理求解星圖梯度的方法，可以有效提高復雜背景條件下暗星的探測能力；同時利用分支梯度判定，在較高的暗星探測能力條件下具有去除探測器噪聲的能力；采用星點分支補償的方法，對雙重梯度閾值分割得到的星點分支窗口進行梯度判定補償臨近星點像素，提高了星敏感器的星點像素分割的完整性，有助于提高后續星點提取算法的精度。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，具體涉及一種星敏感器的星點分割方法，特別是涉及一種基于雙重梯度閾值的星敏感器星點分割方法。

背景技術

高精度姿態測量，是航天器、飛行器和導彈的導航系統正常工作的重要保障。在當今多種多樣的姿態測量部件中，星敏感器是姿態測量精度最高的器件之一。星敏感器以星圖中深空恒星為基準，通過探測恒星質心坐標并將其與導航星庫數據進行匹配解算，從而為載體提供準確的姿態信息。恒星與地球的位置通常保持相對靜止，并且恒星在面陣傳感器所占的像素面積小，其對應的張角一般為角秒量級，所以通過高分辨率星圖可以實現高精度姿態測量。

由于星敏感器姿態測量只需星圖信息，因此利用星敏感器可以獨立進行高精度姿態測量，這也使得星敏感器的使用范圍越來越廣。從初期應用于航天器姿態測量，發展到應用在機載、船載、彈載等多種近地應用領域，高精度以及抗干擾能力成為星敏感器的發展趨勢。而隨著星敏感器的應用環境由深空向近地不斷發展，星圖背景愈發復雜，導航系統對星敏感器姿態測量提出了更高的抗干擾能力及更強去噪聲能力的要求。

星敏感器在近地面應用時受云層、月光、雜散光及異形星點的影響，星點質心提取難度增大，傳統星點分割算法已經無法適應這一需求。因此星敏感器在復雜背景干擾下，很難實現高精準度姿態測量。

目前多種基于區域化、形態學法、極大值窗口等方案被提出用于解決這一問題，其中基于形態學濾波的小目標和弱光目標的實時檢測和定位方法在星點提取領域效果顯著。北航教授Jiang Jie課題組于2016年在Optical Engineering雜志發表的論文《Robust andaccurate star segmentation algorithm based on morphology》在形態學基礎上提出了一種新的星點目標分割算法。該算法利用三種不同結構元素組合來定義一種新的星點分割算法，能夠抑制多種不同噪聲干擾并分割出星點像素信息，提高星點提取算法準確度。但是該算法在云層(復雜背景)邊緣的過濾效果并不顯著，尤其在復雜云層背景下會發生星點誤檢測。

因此，開發一種新的且能解決復雜背景條件下星點像素分割的問題的星點分割方法具有重要意義。

發明內容

本發明提供一種基于雙重梯度閾值的星敏感器星點分割方法，目的是解決復雜背景條件下星點像素分割的問題，從而抑制背景噪聲，提升復雜背景條件下星敏感器的星點分割算法精度具體技術方案如下：

一種基于雙重梯度閾值的星敏感器星點分割方法，包括以下步驟：

步驟一、采用星敏感器拍攝復雜背景星圖，得到灰度分布矩陣I；

步驟二、對灰度分布矩陣I進行梯度轉換，得到星圖的x梯度分量矩陣dx和y梯度分量矩陣dy；

步驟三、對梯度分量矩陣進行處理得到分割星圖，具體是：

步驟3.1、根據全局梯度閾值的公式，利用星圖的梯度分量矩陣求解全局梯度閾值；

步驟3.2、根據自適應梯度閾值求解公式求解相應像素對應梯度的左自適應梯度窗口及右自適應梯度窗口對應的左邊緣梯度閾值及右邊緣梯度閾值，將所有像素的左邊緣梯度閾值集合得到左邊緣梯度閾值矩陣，將所有像素的左邊緣梯度閾值集合得到右邊緣梯度閾值矩陣；