一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法技术

本发明专利技术提供了一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法。首先对星敏感器的探测星图进行去噪处理，随后对连续多帧去噪后的星图进行初步叠加操作，并采样图像下采样方式缩小星点信号区域，然后利用种子提取方法确定星点在下采样星图中的位置，采样连通域方法提取星点并对多帧叠加后的星点进行分类，随后计算星点偏移量并校正星点位置，得到多帧累加后的星图，并再次采样连通域方法提取多帧累加后的星点，最后以信噪比作为判据验证提取的星点。本发明专利技术星点提取方法适用于信噪比较低的星图，具有星图对比度提升明显、星点定位精度高等优点。

A star point extraction method of all sky time star sensor based on multi frame accumulation algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法
本专利技术涉及星图识别领域，更具体的说，涉及一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法。
技术介绍
星敏感器是一种高精度的姿态敏感测量仪器，它通过光学系统对星空成像，测量恒星矢量在星敏感器坐标系中的分量，利用已知的恒星精确位置来确定载体相对于惯性坐标系的三轴姿态。一般来说，作为光测设备的星敏感器受背景杂光的影响较大，只能用于外层空间或夜间测星。随着星惯导航技术的发展，对星敏感器的要求也越来越高，兼具夜间和白天测星能力的全天时星敏感器逐渐受到重视。全天时星敏感器导航技术不仅可用于空间航天器的导航，而且可用于近地面平台导航，例如远程战略轰炸机、临界空间飞行器、军舰等。通过星惯联合制导或者星光制导的方式提升导航的精度和可靠性，进而提高飞机、舰船、导弹等武器系统的战场生存能力。由于白天恒星受强烈的太阳辐射和大气湍流光学效应的影响，导致恒星目标灰度闪烁变化、质心漂移、恒星的成像信噪比很低。星敏感器难以实现恒星星点的高效提取和高精度能量测量。因此白天星敏感器的探测星数急剧下降，当探测星数降为2颗时，平台的定姿误差急剧增大。全天时星敏感器必须要解决白天测量时信噪比低导致目标提取困难的技术难题。多帧累加算法利用恒星目标光的相关性和背景噪声光的不相关性特点，通过连续帧的移位叠加，星点的能量增大倍率大于背景噪声光的能量增大倍率，进而提高星图的信噪比，提取出更暗的星点，保证视场内探测到的星数不少于三颗，同时提高星点的定位精度和能量精度，提高星敏感器的定姿精度。
技术实现思路
为解决星敏感器白天测量时信噪比低导致目标提取困难的问题，本专利技术提出了一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法，可以提高星图信噪比，增加提取星点的数目，同时获取高精度的质心和能量信息。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法，其包含以下步骤：步骤一：星图去噪；步骤二：连续星图初步叠加；将n帧连续去噪星图进行像素级叠加，得到累加星图；步骤三：对步骤二生成的累加星图进行下采样，采样倍率为1：p，得到下采样星图；步骤四：种子点提取；通过连通域划分以及星点定位算法确定下采样星图中各星点位置(xi,yi)；i为星点序号，按照星点亮度降序排列；与下采样星图中的星点位置(xi,yi)相对应的，在累加星图中的星点位置为(pxi,pyi)；(pxi,pyi)为n帧连续星图中第i个星点的中心位置，将其标记为种子点；以种子点的位置(pxi,pyi)为中心创建一个a×a的窗口；此处所述第i个星点表示每一个星点；步骤五：单帧星图星点提取；通过连通域划分以及星点定位算法，得到待叠加的第k幅星图中各个星点亚像素坐标；步骤六：星点分类；如果k＝1，即第1幅星图，以种子点处创建的a×a窗口对第1幅星图的星点进行分类；若第1幅星图中的第j个星点在第i个种子点的a×a窗口内，则该星点归类到第i个种子点下；此处所述第j个星点表示单帧星图中的每一星点；如果k>1，即第k幅星图；若第k幅星图中的任一星点在以第k-1幅星图中的第j个星点位置为中心的b×b窗口内，则该星点与第k-1幅星图中的第j个星点属于同一个星点；步骤七：星点偏移量计算；以第1幅星图的第j个星点亚像素坐标为基准，分别计算得到第k幅星图的对应星点位置相对于第1幅星图中的星点位置的偏移量大小；如果k不大于累加星图的帧数m，则k＝k+1，重复步骤五至步骤七；其中，“第k幅星图的对应星点位置”是指“第k幅星图中与第1幅星图中第j个星点属于同一星点的星点位置”(可参考步骤六中k>1中描述的内容进行理解)。“第1幅星图中的星点位置”指“第1幅星图的第j个星点亚像素坐标”。即，第1幅星图与第k幅星图中的同一星点坐标之间作差值，可以得到星点偏移量。m为欲累加星图的总数量，m为初始给定条件，本专利技术在实施例中对n及m的取值进行了举例说明，m在初始时分别取5、10、15、20，并给出了信噪比计算结果；星图总帧数m不同，效果不同。连续n帧星图累加是为获取种子点，n的取值不宜过大，一般情况下取5即可满足要求，n不大于m。步骤八：星图平移叠加；取步骤七中计算得出的第k幅星图中各星点偏移量的均值作为星图平移叠加量，将第2～第m幅星图累加至第1幅星图，即可得到星点偏移量校正后的多帧累加星图；步骤九：累加星图星点提取；通过连通域划分以及星点定位算法，得到多帧累加星图中的各个星点亚像素坐标和星点的相对能量比值，并按照星点亮度进行降序排列；步骤十：星点验证；当星点的信噪比大于设定的阈值时，判定为星点，否则视为噪声点。一些实施例中，步骤一中的去噪算法包括但不限于中值减法去噪、或中值滤波、或维纳滤波。一些实施例中，步骤五中的连通域划分算法包括但不限于基于像素标记的星点粗定位、或基于线性标记法的星点粗定位；步骤九中的连通域划分算法包括但不限于基于像素标记的星点粗定位、或基于线性标记法的星点粗定位。一些实施例中，连通域划分中的阈值分割算法包括但不限于固定阈值分割算法、或基于总判定错误率最小的阈值分割算法。一些实施例中，步骤五中的星点定位算法包括但不限于传统质心法、加权平方质心法；步骤九中的星点定位算法包括但不限于传统质心法、加权平方质心法。本专利技术的有益效果在于：1、增强星点信噪比。慢运动的恒星像点在相邻帧间的图像存在灰度闪烁和形状变化，但质心不变；背景中的散粒噪声是随机的，其随机起伏平均时间间隔相对帧时间足够小，多帧累积算法可以增强信噪比，准确保留原始图像星像点的灰度和几何形状，滤除噪声干扰。2、增加提取星点数目。通过对种子星点灰度数据进行流水缓存并移位叠加，可以增强弱星灰度及信噪比，使其满足探测阈值条件，确保星敏感器视场中探测到的星数始终不少于3颗。3、获取高精度的质心和能量信息。通过帧间移位叠加，滤除噪声干扰，可在低信噪比的全天时红外星图中提取到目标，且可以获取高精度的质心和能量信息。附图说明图1是基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法的工作流程图。图2是本专利技术的实施例的单帧原始星图。图3是实施例一的单帧星图采用中值减法滤波后的效果图。图4是实施例一的单帧星图的星点提取结果。图5是实施例一中累加帧数为5时星点提取结果。图6是实施例一中累加帧数为10时星点提取结果。图7是实施例一中累加帧数为15时星点提取结果。图8是实施例一中累加帧数为20时星点提取结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要指出的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，包含以下步骤：/n步骤一：星图去噪；/n步骤二：连续星图初步叠加；将n帧连续去噪星图进行像素级叠加，得到累加星图；/n步骤三：对步骤二生成的累加星图进行下采样，采样倍率为1：p，得到下采样星图；/n步骤四：种子点提取；通过连通域划分以及星点定位算法确定下采样星图中各星点位置(x

【技术特征摘要】
1.一种基于多帧累加算法的全天时星敏感器星点提取方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一：星图去噪；
步骤二：连续星图初步叠加；将n帧连续去噪星图进行像素级叠加，得到累加星图；
步骤三：对步骤二生成的累加星图进行下采样，采样倍率为1：p，得到下采样星图；
步骤四：种子点提取；通过连通域划分以及星点定位算法确定下采样星图中各星点位置(xi,yi)；i为星点序号，按照星点亮度降序排列；
与下采样星图中的星点位置(xi,yi)相对应的，在累加星图中的星点位置为(pxi,pyi)；(pxi,pyi)为n帧连续星图中第i个星点的中心位置，将其标记为种子点；以种子点的位置(pxi,pyi)为中心创建一个a×a的窗口；
步骤五：单帧星图星点提取；通过连通域划分以及星点定位算法，得到待叠加的第k幅星图中各个星点亚像素坐标；
步骤六：星点分类；
如果k＝1，即第1幅星图，以种子点处创建的a×a窗口对第1幅星图的星点进行分类；若第1幅星图中的第j个星点在第i个种子点的a×a窗口内，则该星点归类到第i个种子点下；
如果k>1，即第k幅星图；若第k幅星图中的任一星点在以第k-1幅星图中的第j个星点位置为中心的b×b窗口内，则该星点与第k-1幅星图中的第j个星点属于同一个星点；
步骤七：星点偏移量计算；
以第1幅星图的第j个星点亚像素坐标为基准，分别计算得到第k幅星图的对应星点位置相对于第1幅星图中的星点位置的偏移量大小；如果k不大于累加星图的帧数m，则k＝k+1，重复步骤五至步骤七；其中，n不大于m；
步骤八：星图平移叠加；
取步骤七中计算得出的第k幅星图中各星点偏移量的均值作为星图平移叠加量，将第2～第m幅星图累加至第1幅星图，即可得到星点偏移量校正后的多帧累加星图；
步骤九：累加星图星点提取；通过连通域划分以及星点定位算法，得到多帧累加星图中的各个星点亚像素坐标和星点的相对能量比值，并按照星点亮度进行降序排列；
步骤十：星点验证；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑循江，叶志龙，孙朔冬，高原，叶宋杭，吴迪，何峰，武斌，吕进剑，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31