天文望远镜的极轴对位方法及计算机可读存储介质技术

本发明专利技术揭示了一种天文望远镜的极轴对位方法及计算机可读存储介质，通过计算图像旋转中心的地平坐标获取极轴的地平坐标，可以直接采用天文望远镜的主镜头拍摄图像进行极轴对位，降低了装备成本；通过解析获取的坐标文件建立图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系，可以将图像中任意一点的像素坐标和赤道坐标相互转换，进行极轴对位时，极轴镜的视场不必限定在天极附近，只需将天文望远镜的主镜头对准任意天区拍摄，然后根据提示调整赤道仪的指向，重复拍摄，再调整赤道仪的指向，使极轴逐渐靠近天极即可，使用者操作简便；还在计算图像旋转中心像素坐标时修正拍摄延时误差，通过匹配算法提高获取星点赤道坐标的速度，提高极轴对位精度、效率。

【技术实现步骤摘要】
天文望远镜的极轴对位方法及计算机可读存储介质
本专利技术涉及天文摄影
，具体涉及一种天文望远镜的极轴对位方法及计算机可读存储介质。
技术介绍
极轴对位是天文摄影中非常重要的一个环节，极轴对位的好坏直接影响到赤道仪跟踪的精度，继而影响到天文摄影图像的质量。传统的，人们都是通过赤道仪的光学极轴镜进行极轴对位，它的原理是在极轴镜前加装一个极轴分划板，其中标有极轴镜的光学中心和北极星标识的位置，由于北极星并不是正好在北天极上，而是距离北天极有一个距离，因此在实际极轴调校中，需要首先根据日期、时间和本赤道仪所在的地球上的位置，计算出北极星应该在分划板中的位置，在极轴镜中将北极星标识移动至分划板中的这个位置，然后再调节赤道仪的水平轴和仰角，将实际看到的北极星与极轴镜中的北极星标识调整至重合。这种操作方式较为复杂，极轴对位的误差也比较大。后来出现了电子极轴镜，它通过相机拍摄北天极附近的图像，通过软件的方法将图像中的北极星识别出来，然后通过使用者调节赤道仪的水平轴和仰角，将北极星移动至图像中正确的位置，从而实现了极轴的对位。这种方式不需要使用者根据日期、时间和所在地球上的位置计算北极星的位置，相对于光学极轴镜简单了不少，但是它要求拍摄的图像中必须要包含北极星，使用有一定的限制。综上所述，现有的极轴对位方法具有以下不足：1、必须采用与赤道仪极轴同轴设置的极轴镜(光学极轴镜或电子极轴镜)辅助进行极轴对位，增加了装备成本；2、进行极轴对位时，极轴镜的视场必须在天极附近，使用者操作难度较大。r>
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种天文望远镜的极轴对位方法及计算机可读存储介质。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术采用如下技术方案：一种天文望远镜的极轴对位方法，包括以下步骤：S1、通过安装在赤道仪上的图像获取装置拍摄第一图像，解析第一图像以获取第一坐标文件，通过第一坐标文件建立第一图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系；S2、将图像获取装置绕极轴旋转一角度后获取第二图像，解析第二图像以获取第二坐标文件，通过第二坐标文件建立第二图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系；S3、根据第一坐标文件和第二坐标文件计算图像旋转中心的像素坐标；S4、将图像旋转中心的像素坐标转换为赤道坐标；S5、将图像旋转中心的赤道坐标转换为地平坐标；S6、计算图像旋转中心地平坐标与天极地平坐标的差值，判断差值是否低于预设第一阈值，若差值低于预设第一阈值则结束极轴对位，若差值高于预设第一阈值则根据差值调整赤道仪的指向，并通过图像获取装置拍摄第n图像，计算图像旋转中心的地平坐标，计算图像旋转中心地平坐标与天极地平坐标的差值，判断差值是否低于预设第一阈值。像素坐标是像素坐标系中的坐标，请参见图1所示，像素坐标系是用来描述图像中像素位置关系的坐标系。通常以图像的左上角为原点，向右为x轴正方向，向下为y轴正方向。赤道坐标是赤道坐标系中的坐标，地平坐标是地平坐标系中的坐标，赤道坐标系和地平坐标系都是常用的天球坐标系，是用于确定天体在天球(以观测者为球心，以任意长为半径的假象的球面，称为天球)上的位置而建立的球面坐标系。请参见图2所示，赤道坐标系以天赤道为基本圈，以春分点γ作为原点。圆弧γT是天体X在赤道坐标系中的第一坐标，称为赤经，记为α。天体的赤经由春分点量起，沿逆时针方向量度，自0h至24h(或0°～360°)。圆弧XT是天体X在赤道坐标系中的第二坐标，叫做赤纬，记为δ。因为春分点与天体一起运动，所以在赤道坐标系里任何天体的赤经α和赤纬δ都不会因为观测者在不同的地点或不同时间内的观测而有变化，所以，赤道坐标系被广泛应用于天体测量中。请参见图3所示，地平坐标系对于观测者来说是最直观和最简便的天球坐标系。地平坐标系取地平圈作为基本圈，天顶Z为基本点，以南点S(或北点N)为原点。凡是通过天顶和天底而垂直于地平圈的大圆，统称为地平经圈，凡是平行于地平圈的圆叫地平纬圈。假设有一天体X，过X作地平经圈交地平圈于M，大圆弧SM为天体X的第一坐标，称为地平经度或方位角，记为A，大圆弧XM是天体X的第二坐标，称为地平纬度或高度角，记为h。地平纬度自地平圈起向天顶方向量度，范围是0°～90°，向天底方向量度，范围是0°～-90°。对于离天顶较近的天体，也有采用大圆弧ZX来代替地平纬度的，称为天顶距，记为z。天顶距的量度方法是由天顶到天底，范围是0°～180°，显然有：z＝90°-h。本专利技术中像素坐标系到赤道坐标系的坐标转换通过含有WCS算法(WCS算法是由E.W.Greisen和M.R.Calabretta于2002年提出的一种图像像素坐标与天球坐标之间相互转换的算法，根据球面到平面的不同投影方式构建不同的坐标转换函数)的软件程序(参考：https://fits.gsfc.nasa.gov/fits_wcs.html)实现。从像素坐标系到赤道坐标系的坐标转换可分为两步，第一步，从像素坐标系转换到世界坐标系，第二步，从世界坐标系转换到赤道坐标系。世界坐标系是像素坐标系与天球坐标系(赤道坐标系)相互转换时所使用的中间坐标系，它的目的是建立像素坐标系和天球坐标系之间的联系。解析图像获取的坐标文件中记录有WCS算法的世界坐标系转换参数，这些参数是像素坐标系与天球坐标系相互转换时的系数，通过对这些参数的使用，可以实现像素坐标系与天球坐标系的坐标转换。含有WCS算法的软件程序根据图像中心点的像素坐标和赤道坐标可以计算出WCS算法的世界坐标系转换参数，但是在解析获取图像中心点的赤道坐标过程中冗余运算量较大，匹配速度较慢，本专利技术通过匹配算法提高获取图像中心点对应赤道坐标的速度。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述图像获取装置为天文望远镜的主镜头。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤S2中图像获取装置绕极轴旋转60度～180度后获取第二图像。作为本专利技术进一步改进的技术方案，步骤S6中，计算图像旋转中心的地平坐标包括以下步骤：解析第n图像以获取第n坐标文件，通过第n坐标文件建立第n图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系，并将图像旋转中心的像素坐标转换为赤道坐标，将图旋转中心的赤道坐标转换为地平坐标。作为本专利技术进一步改进的技术方案，解析第一/二/n图像以获取第一/二/n坐标文件包括以下步骤：步骤A1、构建像素坐标系以获取第一/二/n图像的像素坐标；步骤A2、通过匹配算法获取第一/二/n图像中心点的赤道坐标；步骤A3、根据第一/二/n图像中心点的像素坐标和赤道坐标，计算WCS算法的世界坐标系转换参数，将WCS算法的世界坐标系转换参数相应保存在第一/二/n坐标文件中。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述步骤S3根据第一坐标文件和第二坐标文件计算图像旋转中心的像素坐标包括以下步骤：步骤B1、通过第一坐标文件将第一图像中任意一点的像素坐标转换为赤道坐标；步骤B3、通过第二坐标文件将该任意一点的赤道坐标转换为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天文望远镜的极轴对位方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、通过安装在赤道仪上的图像获取装置拍摄第一图像，解析第一图像以获取第一坐标文件，通过第一坐标文件建立第一图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系；/nS2、将图像获取装置绕极轴旋转一角度后获取第二图像，解析第二图像以获取第二坐标文件，通过第二坐标文件建立第二图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系；/nS3、根据第一坐标文件和第二坐标文件计算图像旋转中心的像素坐标；/nS4、将图像旋转中心的像素坐标转换为赤道坐标；/nS5、将图像旋转中心的赤道坐标转换为地平坐标；/nS6、计算图像旋转中心地平坐标与天极地平坐标的差值，判断差值是否低于预设第一阈值，若差值低于预设第一阈值则结束极轴对位，若差值高于预设第一阈值则根据差值调整赤道仪的指向，并通过图像获取装置拍摄第n图像，计算图像旋转中心的地平坐标，计算图像旋转中心地平坐标与天极地平坐标的差值，判断差值是否低于预设第一阈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种天文望远镜的极轴对位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过安装在赤道仪上的图像获取装置拍摄第一图像，解析第一图像以获取第一坐标文件，通过第一坐标文件建立第一图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系；
S2、将图像获取装置绕极轴旋转一角度后获取第二图像，解析第二图像以获取第二坐标文件，通过第二坐标文件建立第二图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系；
S3、根据第一坐标文件和第二坐标文件计算图像旋转中心的像素坐标；
S4、将图像旋转中心的像素坐标转换为赤道坐标；
S5、将图像旋转中心的赤道坐标转换为地平坐标；
S6、计算图像旋转中心地平坐标与天极地平坐标的差值，判断差值是否低于预设第一阈值，若差值低于预设第一阈值则结束极轴对位，若差值高于预设第一阈值则根据差值调整赤道仪的指向，并通过图像获取装置拍摄第n图像，计算图像旋转中心的地平坐标，计算图像旋转中心地平坐标与天极地平坐标的差值，判断差值是否低于预设第一阈值。


2.根据权利要求1所述的一种天文望远镜的极轴对位方法，其特征在于，所述图像获取装置为天文望远镜的主镜头。


3.根据权利要求1所述的一种天文望远镜的极轴对位方法，其特征在于，所述步骤S2中图像获取装置绕极轴旋转60度～180度后获取第二图像。


4.根据权利要求1所述的一种天文望远镜的极轴对位方法，其特征在于，步骤S6中，计算图像旋转中心的地平坐标包括以下步骤：解析第n图像以获取第n坐标文件，通过第n坐标文件建立第n图像像素坐标与赤道坐标转换的映射关系，并将图像旋转中心的像素坐标转换为赤道坐标，将图像旋转中心的赤道坐标转换为地平坐标。


5.根据权利要求1或4所述的一种天文望远镜的极轴对位方法，其特征在于，解析第一/二/n图像以获取第一/二/n坐标文件包括以下步骤：
步骤A1、构建像素坐标系以获取第一/二/n图像的像素坐标；
步骤A2、通过匹配算法获取第一/二/n图像中心点的赤道坐标；
步骤A3、根据第一/二/n图像中心点的像素坐标和赤道坐标，计算WC...

【专利技术属性】
技术研发人员：周杨，宋谋玲，孟迪，
申请(专利权)人：苏州振旺光电有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32