一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法技术

本发明专利技术公开了一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，用于解决空间目标在天文图像中拖尾星象的定心问题，该定心方法包括以下步骤：S1、定义参考星象：实现可视化界面和手动框选选择参考星象；S2、生成用于相关运算的模板：去除条纹干扰、提取属于拖尾星象的像素、处理拖尾星象内部的异常像素和获取相关模板；S3、使用相关运算对拖尾星象进行定心：预处理、相关运算和拖尾星象定心。本方法能够克服图像本身存在的缺陷，有效地实现对图像中拖尾星象的定心。在天文图像处理领域，为拖尾星象的中心确定供一种行之有效的方法和思路。

【技术实现步骤摘要】
一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法
本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法。
技术介绍
CCD是指电荷耦合器件，是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。电荷耦合器件(CCD)是20世纪70年代初发展起来的一种新型半导体器件。CCD广泛应用在数码摄影、天文学、光学与频谱望远镜和高速摄影技术。在使用CCD拍摄空间目标时，如果所拍摄的目标相对于CCD设备在运动，这时候常常会产生拖尾星象。在Cassini空间探测器的光学系统ISS(ImagingScienceSubsystem)拍摄观测目标的时候，此种现象比较常见。在CassiniISS拍摄图像的过程中，有时需要增加曝光时间以达到观测对象足够的信噪比。由于ISS相机在沿特定轨道运动，观测区域内的背景星相对于相机产生运动，在CCD上留下明显的拖尾影像。这导致无法确定背景星的中心位置，进而无法校正相机指向，观测数据无法使用。因此专利技术一种方法将这些拖尾星象的中心找出来是充分利用珍贵的空间观测资料的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的定心方法不能有效地对拖尾星象进行定心的缺点和不足，提供一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，能够克服图像本身存在的缺陷，有效地实现对图像中拖尾星象的定心。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，包括下列步骤：S1、定义参考星象，过程如下：S11、利用具有图像处理能力的软件实现一个用于拖尾星象检测的可视化的界面，在可视化界面中选择需要测量的目标图像作为原图并打开，S12、在目标图像上，采用手动框选的方法选出一个参考的拖尾星象；S2、生成拖尾星象模板，过程如下：S21、去除目标图像的条纹干扰，使用大小为11×11个像素的模板对原图进行中值滤波，得到完全去除拖尾星象的背景图像，再把原图和得到的背景图像作差得到消除明暗相间条纹影响的图像；S22、计算所框选出的局部图像灰度值的均值和标准差，首先定义一个变量m，然后使用均值以上m倍标准差的灰度值作为阈值，把灰度值低于阈值的像素视为背景，从而提取出所框选出的局部图像中属于拖尾星象的像素，以此作为拖尾星象模板区域；S23、处理拖尾星象内部的异常像素；S24、设置拖尾星象模板各像素的值；S3、使用相关运算对拖尾星象进行定心，过程如下：S31、对需要测量的目标图像进行预处理；S32、用拖尾星象模板和目标图像进行相关运算，并将结果图像中存在的负数值置为0；S33、对目标图像中除参考星外的拖尾星象进行定心。进一步地，所述的步骤S12中，手动框选时所用的框选框为任意四边形，具体的框选方法是手动依次点击拖尾星象外4点，画出一个以点击的4个点为顶点的四边形。进一步地，所述的步骤S23过程如下：S231、定义异常像素，计算拖尾星象上像素灰度的均值和标准差，首先定义一个变量n，，然后把灰度值大于均值以上n倍标准差的像素定义为受噪声影响的异常像素；S232、取异常像素八邻域且属于拖尾星象上的若干像素的灰度值的中位数，使其取代异常像素，以减小异常像素对拖尾星象的干扰。进一步地，所述的步骤S24过程如下：S241、定义一个大小为3个像素×3个像素、数值全为1的模板，并使用该模板对拖尾星象的像素进行膨胀操作；S242、膨胀操作会对原拖尾星象区域有所扩张，这些扩张的像素的灰度值设置为统一的负值，负值由所有的区域内像素灰度的正值的和的一定比例来决定；将膨胀后扩充区域中的像素用负值填充可以起到抑制作用，能够对与拖尾星象模板形状不一致的图像区域产生抑制效果；S243、将原拖尾星象区域以及膨胀后并填充像素区域定义为拖尾星象模板，该模板的数值对应于原始灰度值以及扩张后的负值。进一步地，所述的步骤S31过程如下：S311、去除目标图像的条纹干扰，同样地，使用大小为11×11个像素的模板对原图进行中值滤波，得到完全去除拖尾星象的背景图像，再把原图和得到的背景图像作差得到消除明暗相间的条纹影响的图像；S312、对原图所有像素灰度值取对数，使图像灰度值整体降低，由于灰度值较高的点状像素的灰度值相对拖尾星象的灰度值下降幅度大得多，以此显著降低其在相关运算后的响应值；S313、将所有像素的对数灰度值加1，避免因部分背景灰度值为0的区域使得模板上的负值失效而对非拖尾星象部分的区域产生较大响应。进一步地，所述的步骤S33过程如下：S331、进行相关运算后，在目标图像上拖尾星象的位置及噪声点处都会产生响应，要去除噪声点处的响应，首先需定义一个百分比p，其取值范围是5％-10％，然后使用最大响应值的p倍作为阈值把由噪声引起的微弱响应去除；S332、对相关运算后的图像进行进一步处理：对其先使用3个像素×3个像素的模板进行膨胀，然后再使用3个像素×3个像素的模板进行腐蚀，从而把属于同一个拖尾星象的可能断裂的响应连接起来；S333、根据每个响应的位置以及其所在的连通集找出每个拖尾星象的所在区域，然后按矩方法(即如下算式)计算该区域的中心位置：其中(x0,y0)是拖尾星象所在区域的中心坐标，也是拖尾星象的中心位置，S为拖尾星象所在区域，f(i,j)为坐标(xi,yi)处像素的灰度值。S334、将拖尾星象的中心位置(x0,y0)的2倍减去拖尾星象模板的形心位置即得到拖尾星象真正的中心点位置。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本方法解决了CCD图像中拖尾星象的检测问题，这意味着以往因“不可测”而丢弃的拖尾图像现今变得“可测”了；(2)本方法在手动随机框选出一个拖尾星象后，后续其余拖尾星象的搜索是全自动的，功能强大；(3)本方法在处理过程中加入了一系列预处理步骤，有效地杜绝了因图像本身的缺陷可能对结果造成的不利影响，使得该方法对于噪声多、背景影响大、甚至含有微弱星象的目标图像都能够取得不错的效果。(4)本方法在预处理后使用矩方法进行了中心位置计算，同时进行了位置偏移修订，这保证了结果达到较准确的亚像素精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是拖尾星象定心方法的结构示意图；图2是Matlab实现的拖尾星象检测GUI程序运行示意图；图3是手动框选选出参考的拖尾星象后的图像示意图；图4是提取属于拖尾星象的像素操作前后的对比图；图5是消除拖尾星象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，其特性在于，所述的定心方法包括下列步骤：/nS1、定义参考星象，过程如下：/nS11、利用具有图像处理能力的软件实现一个用于拖尾星象检测的可视化的界面，在可视化界面中选择需要测量的目标图像作为原图并打开；/nS12、在目标图像上，采用手动框选的方法选出一个参考的拖尾星象；/nS2、生成拖尾星象模板，过程如下：/nS21、去除目标图像的条纹干扰，使用大小为11个像素×11个像素的模板对原图进行中值滤波，得到完全去除拖尾星象的背景图像，再把原图和得到的背景图像作差得到消除明暗相间条纹影响的图像；/nS22、计算所框选出的局部图像灰度值的均值和标准差，首先定义一个变量m，然后使用均值以上m倍标准差的灰度值作为阈值，把灰度值低于阈值的像素视为背景，从而提取出所框选出的局部图像中属于拖尾星象的像素，以此作为拖尾星象模板区域；/nS23、处理拖尾星象内部的异常像素；/nS24、设置拖尾星象模板各像素的值；/nS3、使用相关运算对拖尾星象进行定心，过程如下：/nS31、对需要测量的目标图像进行预处理；/nS32、用拖尾星象模板和目标图像进行相关运算，并将结果图像中存在的负数值置为0；/nS33、对目标图像中除参考星外的拖尾星象进行定心。/n...

【技术特征摘要】
1.一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，其特性在于，所述的定心方法包括下列步骤：
S1、定义参考星象，过程如下：
S11、利用具有图像处理能力的软件实现一个用于拖尾星象检测的可视化的界面，在可视化界面中选择需要测量的目标图像作为原图并打开；
S12、在目标图像上，采用手动框选的方法选出一个参考的拖尾星象；
S2、生成拖尾星象模板，过程如下：
S21、去除目标图像的条纹干扰，使用大小为11个像素×11个像素的模板对原图进行中值滤波，得到完全去除拖尾星象的背景图像，再把原图和得到的背景图像作差得到消除明暗相间条纹影响的图像；
S22、计算所框选出的局部图像灰度值的均值和标准差，首先定义一个变量m，然后使用均值以上m倍标准差的灰度值作为阈值，把灰度值低于阈值的像素视为背景，从而提取出所框选出的局部图像中属于拖尾星象的像素，以此作为拖尾星象模板区域；
S23、处理拖尾星象内部的异常像素；
S24、设置拖尾星象模板各像素的值；
S3、使用相关运算对拖尾星象进行定心，过程如下：
S31、对需要测量的目标图像进行预处理；
S32、用拖尾星象模板和目标图像进行相关运算，并将结果图像中存在的负数值置为0；
S33、对目标图像中除参考星外的拖尾星象进行定心。


2.根据权利要求1所述的一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，其特性在于，所述的步骤S12中，手动框选时所用的选择框可以为任意四边形，具体的框选方法是手动依次点击拖尾星象外4点，画出一个以点击的4个点为顶点的四边形。


3.根据权利要求1所述的一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，其特性在于，所述的步骤S23过程如下：
S231、定义异常像素，计算拖尾星象上像素灰度的均值和标准差，首先定义一个变量n，然后把灰度值大于均值以上n倍标准差的像素定义为受噪声影响的异常像素；
S232、取异常像素八邻域且属于拖尾星象上的若干像素的灰度值的中位数，用该值其取代异常像素的值。


4.根据权利要求1所述的一种CCD图像中空间目标的拖尾星象定心方法，其特性在于，所述的步骤S24过程如下：
S241、定义一个大小...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆丰，卢志聪，秦文慧，周晓妹，郑洋，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44