[發(fā)明專利]一種高精度亞像素模擬星圖以及亞像素提取方法

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• 申請日: 2022-12-16
• 公開（公告）號: CN115908554A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張輝;鮑勃屹;朱威;林尉;朱成順;方喜峰;趙孟軍;楊林初
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: G06T7/70
• 分類號: G06T7/70;G01C21/02;G06T7/136;G06T7/187;G06T3/00;G06T7/66;G06F17/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開了一種高精度亞像素模擬星圖以及亞像素提取方法，步驟如下：輸入星敏感器CCD相機(jī)內(nèi)參，以及相機(jī)視軸所在位置；遍歷SAO星表，儲存篩選所獲得的恒星的相關(guān)數(shù)據(jù)；構(gòu)建投影數(shù)學(xué)模型，變換為計算機(jī)識別的像素坐標(biāo)系；進(jìn)行圖像數(shù)字化處理；給仿真星圖添加高斯噪音和椒鹽噪點；對星圖進(jìn)行灰度閾值分割，進(jìn)行星點提取；進(jìn)行擬合計算，獲得星點光斑質(zhì)心坐標(biāo)對映射坐標(biāo)與真實坐標(biāo)進(jìn)行誤差分析，實現(xiàn)亞像素提取；計算星間角距誤差，滿足星圖模擬提取的精度需求。本發(fā)明實現(xiàn)了誤差補(bǔ)償方法，達(dá)到了亞像素級別處理，使星間角距誤差滿足了1角秒要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理，特別是一種高精度亞像素模擬星圖以及亞像素提取方法。

背景技術(shù)

星敏感器技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)中期，其發(fā)展經(jīng)歷可劃分為四個階段早期星敏感器，第一代CCD星敏感器，第二代CCD星敏感器與第三代APS-CMOS星敏感器。隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，其研究內(nèi)容涉及星敏感器光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計，模擬星圖方法，星點質(zhì)心提取算法，星圖識別方法，與參數(shù)標(biāo)定等方面，星敏感器理論和方法體系已經(jīng)初步形成。天文導(dǎo)航應(yīng)用觀測天體位置與模擬星圖的匹配來確定航空體的空間位置。模擬星圖作為天文導(dǎo)航重要組成部分，以天球坐標(biāo)系下星體的赤經(jīng)，赤緯坐標(biāo)通過坐標(biāo)變換及投影模擬星敏感器CCD相機(jī)捕捉星點的成像，使之與星敏感器CCD相機(jī)實際捕捉星點成像進(jìn)行準(zhǔn)確匹配。針對這一要求，設(shè)計了一種根據(jù)星敏感器CCD相機(jī)內(nèi)參而模擬的星圖成像，遍歷導(dǎo)航星表，根據(jù)星敏感器CCD相機(jī)內(nèi)參，和成像屏幕的分辨率模擬星敏感器CCD相機(jī)視軸所在天球赤道坐標(biāo)系下的星點成像。

現(xiàn)有技術(shù)方案通過CCD相機(jī)的數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)基于星敏感器的星圖模擬，通過不同設(shè)計方案，實現(xiàn)相應(yīng)的星圖成像。但采用這種方式，成像星點實際位置誤差較大，并且難以將恒星星等與灰度相關(guān)聯(lián)，可視化程度低，所以需要一種更準(zhǔn)確的方法，進(jìn)行模擬星敏感器CCD相機(jī)成像星點顯示。在圖像獲取或者傳輸過程中會受到隨機(jī)信號的干擾而產(chǎn)生噪聲，例如電阻引起的熱噪聲、光子噪聲等，星敏感器CCD相機(jī)經(jīng)相機(jī)成像，圖像傳輸，解碼處理時會產(chǎn)生黑白相間的亮暗點噪聲，稱為椒鹽噪聲，在后續(xù)圖像處理中會產(chǎn)生干擾星影響，現(xiàn)有星圖并未進(jìn)行偽干擾星模擬，降低星圖的真實性，無法根據(jù)不同星敏感器CCD相機(jī)內(nèi)參進(jìn)行快速仿真。同時，現(xiàn)有的模擬星圖，理論星點質(zhì)心與實際提取的質(zhì)心的誤差較大，甚至仍處于像素級別的提取，未實現(xiàn)亞像素處理，即使實現(xiàn)亞像素提取精度較差，無法使星間角距誤差滿足1角秒的要求。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種高精度亞像素模擬星圖以及亞像素提取方法，從而達(dá)到亞像素級別處理，使星間角距誤差滿足1角秒的要求。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種高精度亞像素模擬星圖以及亞像素提取方法，包括以下步驟：

(1)輸入星敏感器CCD相機(jī)內(nèi)參，以及相機(jī)視軸所在位置。

(2)讀取SAO星表文件，遍歷SAO星表，根據(jù)視軸所在視場的大小從SAO星表中篩選視場內(nèi)恒星，并儲存篩選所獲得的恒星的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括赤經(jīng)、赤緯以及星等。

(3)根據(jù)CCD針孔相機(jī)模型成像原理，構(gòu)建投影數(shù)學(xué)模型，將世界坐標(biāo)系中的三維點狀目標(biāo)投影到二維點，由天文學(xué)中常用的天球赤道坐標(biāo)系變換到空間直角坐標(biāo)系，再由空間直角坐標(biāo)系投影到星敏感CCD相機(jī)成像坐標(biāo)系，最后變換為計算機(jī)識別的像素坐標(biāo)系。

(4)進(jìn)行圖像數(shù)字化處理，為實現(xiàn)星點的亞像素顯示，根據(jù)二維高斯數(shù)學(xué)模型模擬星點光斑成像，為表示質(zhì)心偏移程度，將各像素軸方向的誤差與二維高斯模型聯(lián)立，最后將光斑內(nèi)像素的灰度值與星等值進(jìn)行線性關(guān)聯(lián)。

(5)為達(dá)到模擬真實CCD星敏感器成像，給仿真星圖添加高斯噪音，模擬外部光照等環(huán)境的干擾，添加椒鹽噪點，模擬因隨機(jī)信號的干擾而產(chǎn)生的噪聲，包括電阻引起的熱噪聲、光子噪聲。

(6)隨機(jī)視軸測試成像結(jié)果，通過像素級別的質(zhì)心提取并對視場內(nèi)任意兩恒星進(jìn)行星間角距誤差分析；所述的角距誤差分析的計算公式為：