一种CCD像素位置偏差计算方法技术

本发明专利技术涉及一种CCD像素位置偏差计算方法，包括：在CCD表面产生一组纵向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组纵向动态干涉条纹图像；对纵向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；结合纵向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；利用相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到纵向动态干涉条纹的波矢量以及所有像素的横向位置偏差；求所有像素的纵向位置偏差。本发明专利技术的方法有效地利用了动态干涉条纹数据，可以精确的计算出所有像素同一时刻的相位，从而得到高精度的像素位置偏差。

【技术实现步骤摘要】
一种CCD像素位置偏差计算方法
本专利技术涉及星敏感器领域，特别涉及一种CCD像素位置偏差计算方法。
技术介绍
星敏感器是卫星姿态测量领域的一种重要仪器，它是以恒星为参考物进行姿态测量的敏感器件，以光敏感元件为核心的光电转换测量系统。它通过测量星点像之间的角距来进行星图识别，从而根据自己相对天球上恒星的位置来确定卫星姿态。而星点像的质心定位精度是决定姿态测量精度的关键因素。当前星敏感器中质心定位多采用高斯拟合或者直接计算重心方法完成。目前人们研究星敏感器只考虑CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)像素的量子效率和噪声的不均匀性，而没有研究CCD像素位置的不均匀性，事实上CCD像素的位置偏差对星像质心定位的精度影响较大。仿真显示，如果将CCD像素位置偏差加入到星敏感器的星点像质心计算过程中，质心定位精度能够有几倍到一个数量级的提升。因此如果能够计算出CCD像素的位置偏差，就可以在不增加星敏感器硬件资源的前提下使得其姿态测量精度提升数倍甚至一个量级，所以测量CCD像素位置偏差对于开发先进的星敏感器有着迫切需求，现有技术中还没有行之有效的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术中的缺陷，从而提供一种能够得到高精度的像素位置偏差的计算方法。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种CCD像素位置偏差计算方法，包括：步骤1)、在CCD表面产生一组纵向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组纵向动态干涉条纹图像；步骤2)、对步骤1)获得的纵向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤3)、利用步骤2)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合纵向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤4)、利用步骤3)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到纵向动态干涉条纹的波矢量以及所有像素的横向位置偏差；步骤5)、在CCD表面产生一组横向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组横向动态干涉条纹图像；步骤6)、对步骤5)获得的横向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤7)、利用步骤6)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合横向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤8)、利用步骤7)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到横向干涉条纹的波矢量以及所有像素的纵向位置偏差。上述技术方案中，所述纵向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距，纵向动态干涉条纹的对比度大于0.7；纵向动态干涉条纹在CCD表面的移动速率v1，像素尺寸d，帧频f，应满足以下关系：所述横向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距，横向动态干涉条纹的对比度大于0.7；横向动态干涉条纹在CCD表面的移动速率v2，像素尺寸d，帧频f，应满足以下关系：上述技术方案中，在步骤2)与步骤6)中，采用最小二乘法拟合求得每个像素的输出在同一时刻所处的相位。上述技术方案中，所述步骤3)包括：用pmn表示CCD第m行第n列的像素，表示步骤2)中得到的CCD第m行第n列像素的相位，表示CCD第m行第n列像素的实际相位；设为像素p11的实际相位，即对于像素p11的相邻像素p12，若条纹传播方向是从p11传到p12的，那么由于已知与有数个周期的偏差，即结合这两个式子求出若条纹传播方向是从p12传到p11的，那么结合求出求出所有像素的实际相位；计算像素pmn与第一个像素p11间的相位差，即上述技术方案中，所述步骤4)进一步包括：步骤4-1)、像素的相位由下面的公式决定：其中，为像素的实际相位，分别为干涉条纹波矢量的横向和纵向分量，为相位初始值，(m,n)为像素pmn的行列值，(xmn,ymn)为第m行第n列的像素的实际位置坐标值；两个像素之间的相位差与它们沿波矢量方向的距离成正比；步骤4-2)、对于纵向干涉条纹由公式(4)得到下式：由于(m,n)与(xmn,ymn)的差值很小，暂且忽略，用(m,n)来替代上式中的(xmn,ymn)，由公式(5)得到下式：利用公式(6)得：根据上式，利用步骤3)中得到的以及它的坐标(m,n)，使用最小二乘法拟合得到干涉条纹的波矢量步骤4-3)、设像素p11的位置没有偏差，即(x11,y11)＝(1，1)，则由公式(5)有：由上式求得：上式中的Δymn就是所要求的像素的横向位置偏差。上述技术方案中，所述步骤8)进一步包括：步骤8-1)、像素的相位由下面的公式决定：其中，为像素pmn的实际相位，分别为干涉条纹波矢量的横向和纵向分量，为相位初始值，(m,n)为像素pmn的行列值，(xmn,ymn)为第m行第n列的像素的实际位置坐标值；两个像素之间的相位差与它们沿波矢量方向的距离成正比；步骤8-2)、对于横向干涉条纹由公式(4)得到下式：由于(m,n)与(xmn,ymn)的差值很小，暂且忽略，用(m,n)来替代上式中的(xmn,ymn)；由公式(10)得到下式：利用公式(11)得：根据上式，利用步骤7)中得到的横向干涉条纹每个像素与第一个像素之间的相位差以及它的坐标(m,n)，使用最小二乘法拟合得到干涉条纹的波矢量步骤8-3)、设像素p11的位置没有偏差，即(x11,y11)＝(1，1)，则由公式(10)有：由上式求得：上式中的Δxmn就是所要求的像素的纵向位置偏差。本专利技术的优点在于：本专利技术的方法有效地利用了动态干涉条纹数据，可以精确的计算出所有像素同一时刻的相位，从而得到高精度的像素位置偏差，方法简单，适用于各类CCD或者图像传感器的像素位置偏差测量。利用计算出的CCD像素位置偏差，可以在不增加星敏感器硬件资源的前提下使得其姿态测量精度提升数倍到一个量级。附图说明图1是本专利技术的CCD像素位置偏差计算方法的流程图。具体实施方式现结合附图对本专利技术作进一步的描述。参考图1，本专利技术的CCD像素位置偏差计算方法包括以下步骤：步骤1)、利用CCD像素位置偏差测量装置在CCD表面产生一组纵向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组纵向动态干涉条纹图像；步骤2)、对步骤1)获得的纵向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤3)、利用步骤2)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合纵向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤4)、利用步骤3)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到纵向动态干涉条纹的波矢量以及所有像素的横向位置偏差；步骤5)、利用CCD像素位置偏差测量装置在CCD表面产生一组横向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组横向动态干涉条纹图像；步骤6)、对步骤5)获得的横向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤7)、利用步骤6)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合横向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤8)、利用步骤7)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到横向干涉条纹的波矢量以及所有像素的纵向位置偏差。步骤4)所得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CCD像素位置偏差计算方法，包括：步骤1)、在CCD表面产生一组纵向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组纵向动态干涉条纹图像；步骤2)、对步骤1)获得的纵向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤3)、利用步骤2)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合纵向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤4)、利用步骤3)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到纵向动态干涉条纹的波矢量以及所有像素的横向位置偏差；步骤5)、在CCD表面产生一组横向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组横向动态干涉条纹图像；步骤6)、对步骤5)获得的横向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤7)、利用步骤6)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合横向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤8)、利用步骤7)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到横向干涉条纹的波矢量以及所有像素的纵向位置偏差。

【技术特征摘要】
1.一种CCD像素位置偏差计算方法，包括：步骤1)、在CCD表面产生一组纵向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组纵向动态干涉条纹图像；步骤2)、对步骤1)获得的纵向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤3)、利用步骤2)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合纵向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤4)、利用步骤3)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到纵向动态干涉条纹的波矢量以及所有像素的横向位置偏差；步骤5)、在CCD表面产生一组横向动态干涉条纹，CCD在一段时间内以固定帧频曝光产生多组横向动态干涉条纹图像；步骤6)、对步骤5)获得的横向动态干涉条纹图像进行处理，得到每个像素的输出在同一时刻所处的相位；步骤7)、利用步骤6)所得到的同一时刻所有像素的相位，结合横向动态干涉条纹的移动方向计算同一时刻每个像素与第一个像素之间的相位差；步骤8)、利用步骤7)所得到的相位差，结合CCD像素的尺寸计算得到横向干涉条纹的波矢量以及所有像素的纵向位置偏差。2.根据权利要求1所述的CCD像素位置偏差计算方法，其特征在于，所述纵向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距，纵向动态干涉条纹的对比度大于0.7；纵向动态干涉条纹在CCD表面的移动速率v1，像素尺寸d，帧频f，应满足以下关系：所述横向动态干涉条纹的条纹间距至少大于两倍像素间距，横向动态干涉条纹的对比度大于0.7；横向动态干涉条纹在CCD表面的移动速率v2，像素尺寸d，帧频f，应满足以下关系：3.根据权利要求1所述的CCD像素位置偏差计算方法，其特征在于，在步骤2)与步骤6)中，采用最小二乘法拟合求得每个像素的输出在同一时刻所处的相位。4.根据权利要求1所述的CCD像素位置偏差计算方法，其特征在于，所述步骤3)包括：用pmn表示CCD第m行第n列的像素，表示步骤2)中得到的CCD第m行第n列像素的相位，表示CCD第m行第n列像素的实际相位；设为像素p11的实际相位，即对于像素p11的相邻像素p12，若条纹传播方向是从p11传到p12的，那么由于已知与有数个周期的偏差，即结合这两个式子求出若条纹传播方...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保权，曹阳，李海涛，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11