[發(fā)明專利]一種用于天文攝影的地球自轉(zhuǎn)運動補償系統(tǒng)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110341263.9
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113175603B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃豪
• 申請（專利權(quán)）人: 黃豪
• 主分類號: G03B17/56
• 分類號: G03B17/56;F16M11/12;F16M11/18;F16M11/04;H04M1/04
• 代理公司: 廣州維智林專利代理事務所(普通合伙) 44448
• 代理人: 趙曉慧

1.一種用于天文攝影的地球自轉(zhuǎn)運動補償系統(tǒng)方法，其特征在于：包括如下步驟:

(1).在赤道儀的安裝底座(2)上設(shè)置方位角轉(zhuǎn)動機構(gòu)、俯仰角轉(zhuǎn)動機構(gòu)、橫滾角轉(zhuǎn)動機構(gòu)、攝像器以及赤道儀的智能控制器，所述方位角轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括方位角轉(zhuǎn)軸(21)、方位角及俯仰角轉(zhuǎn)軸箱體(3)、第一驅(qū)動電機(31)及第一旋轉(zhuǎn)角度傳感器(32)；

所述俯仰角轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括俯仰角轉(zhuǎn)軸(41)、橫滾角轉(zhuǎn)軸箱體(4)、第二驅(qū)動電機(33)及第二旋轉(zhuǎn)角度傳感器(34)；

所述橫滾角轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括橫滾角轉(zhuǎn)軸(51)、橫滾角轉(zhuǎn)軸箱體(4)、第三驅(qū)動電機(42)、第三旋轉(zhuǎn)角度傳感器(43 )及設(shè)置在橫滾角轉(zhuǎn)軸箱體(4)上的攝像器快裝夾緊裝置(5)；

將安裝底座(2)安裝到三腳架(1)上，安裝底座(2)打開赤道儀電源，將攝像器與赤道儀的智能控制器建立通訊連接，然后用攝像器快裝夾緊裝置(5)將攝像器夾緊；

(2).控制赤道儀的方位角轉(zhuǎn)軸(21)、俯仰角轉(zhuǎn)軸(41)以及橫滾角轉(zhuǎn)軸(51)轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)角度為零的位置點，也就是說,攝像器快裝夾緊裝置(5)相對于方位角及俯仰角轉(zhuǎn)軸箱體(3)的方位角俯仰角橫滾角此時，攝像器快裝夾緊裝置(5)和方位角及俯仰角轉(zhuǎn)軸箱體(3)，兩者在本地東北天坐標系w下的具有完全相同的朝向；根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣與歐拉角的轉(zhuǎn)換公式，此時攝像器快裝夾緊裝置(5)與之固連的坐標系為c，方位角及俯仰角轉(zhuǎn)軸箱體(3)與之固連的坐標系為b，攝像器快裝夾緊裝置(5)相對于方位角及俯仰角轉(zhuǎn)軸箱體(3)的旋轉(zhuǎn)矩陣為單位矩陣I，此時攝像器的攝像頭大致朝向天空；

(3).控制攝像器的攝像頭拍攝星空照片，通過圖像處理算法，提取所拍星空照片上n個清晰的星點的像素坐標(Ui,Vi)(i＝1～n)，其中n大于等于6；

(4).通過攝像器的定位功能，獲取當前赤道儀所處的經(jīng)緯度定位數(shù)據(jù)，并且獲取當前攝像器授時時間，然后從預先存儲的星圖數(shù)據(jù)庫中，調(diào)出當前位置，當前時間所對應的天空各個明亮天體在本地東北天坐標系w中的空間三維坐標(Xj,Yj,Zj)(j＝1～m)；

(5).通過PnP匹配算法，將星圖數(shù)據(jù)庫中的明亮天體三維坐標(Xj,Yj,Zj)(j＝1～m)與攝像器所拍攝的星空照片提取的清晰星點的圖像坐標系下的像素坐標(Ui,Vi)(i＝1～n)進行算法匹配，最后計算得到此時攝像器快裝夾緊裝置(5)在本地東北天坐標系w下的位姿從而可以得到此時攝像器快裝夾緊裝置(5)在本地東北天坐標系w下的旋轉(zhuǎn)矩陣

(6).根據(jù)用戶輸入的指令，控制赤道儀的方位角轉(zhuǎn)軸(21)、俯仰角轉(zhuǎn)軸(41)以及橫滾角轉(zhuǎn)軸(51)轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)角度使得攝像器指向所需拍攝的天空方向，根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣與歐拉角的轉(zhuǎn)換公式，此時攝像器快裝夾緊裝置(5)相對于方位角及俯仰角轉(zhuǎn)軸箱體(3)的旋轉(zhuǎn)矩陣由步驟(3)可知,因此有此外，地球自轉(zhuǎn)極軸在坐標系w下過w原點的平行單位向量可以由緯度計算得到；而坐標系c1下可以計算得到對應的平行單位向量其中

(7).由智能控制器觸發(fā)攝像器快門，開始曝光，此時間記為t₀＝0,曝光持續(xù)時間為

(8).同時，在這段時間段內(nèi)，從t₀時刻起，每間隔時間，取從t₀到t時刻，地球自轉(zhuǎn)角度為其中ω_{自轉(zhuǎn)}為地球自轉(zhuǎn)角速度，為補償該自轉(zhuǎn)角度，需要將攝像器快裝夾緊裝置(5)相對于平行單位向量旋轉(zhuǎn)根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣與旋轉(zhuǎn)向量的換算關(guān)系，其對應的旋轉(zhuǎn)矩陣從而可以計算出然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)矩陣和歐拉角的轉(zhuǎn)換關(guān)系，可以進一步計算出t時刻的赤道儀的三個旋轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)角度由智能控制器控制赤道儀的三個旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)向所需的旋轉(zhuǎn)角度

(9).循環(huán)執(zhí)行步驟8直至然后控制攝像器關(guān)閉快門結(jié)束曝光；即可使得在這段的曝光時間內(nèi)，攝像器快裝夾緊裝置(5)相對于與地球固連的本地東北天坐標系w，繞平行于地球自轉(zhuǎn)極軸,做角速度為(-w自轉(zhuǎn))的旋轉(zhuǎn)運動,從而達到補償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)的效果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)方法，其特征在于：所述步驟(1)-(5)中的攝像器采用智能手機(54)，步驟(6)-(9)中的攝像器采用單反相機或微單相機(52)。