一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置制造方法及图纸

一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置，所述方法在全图随机生成N个窗口，分别计算每个窗口均值、阈值，在窗口内利用计算的窗口阈值通过遍历连通域方式进行星点提取；利用一阶质心法计算星点位置坐标，并存储各星点能量信息；将提取出的有效星点按能量进行排序，保留最亮的n颗星点坐标，同时随机生成N

【技术实现步骤摘要】
一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置


[0001]本专利技术属于卫星姿态控制
，涉及一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置。

技术介绍

[0002]星敏感器通过对空间恒星成像，获得恒星观测矢量，采用星图匹配的方法确定星敏感器光轴在惯性空间的指向，利用星敏感器本体坐标系和卫星姿态坐标系的转换关系，确定卫星姿态。
[0003]星点提取算法是星敏感器实现高精度姿态测量精度的基础，也是目前星敏软件处理过程中耗时较长部分之一，星点定位精度直接影响星图识别成功概率及姿态解算的有效性。
[0004]星敏感器有全天捕获模式和跟踪模式2种工作模式，其中初始姿态捕获就是在全天球范围内对成像器件所得到的观测星图进行匹配、识别，计算初始姿态；跟踪模式是根据初始姿态信息估计当前图像对应姿态信息，预测当前时刻星图中星点的位置，然后寻找观测星图中对应预测星点位置区域是否存在真实星点，再进行局部星点提取与星图识别，提升星点提取与星图识别速度。
[0005]星敏感器正常工作时均处于跟踪模式，但其进入跟踪模式的前提是需有初始姿态信息。产品在轨受杂光或动态影响在跟踪模式下无法连续输出有效姿态数据时，其工作模式由跟踪模式切换至全天捕获模式。
[0006]目前针对星敏感器全天捕获模式的星点提取算法主要有扫描法、矢量法、高通滤波法和局部熵法等，其中扫描法只需一次阈值扫描即可确定星图中所有可能的星点目标，但这种简单阈值扫描技术对噪声非常敏感，若星图背景噪声较大，则会产生大量虚假星点，使得后续聚类过程非常耗时，且部分虚假星点与真实星点形状相似，通过伪星判别方法不能有效剔除，可能参与到后续星图识别过程中，影响识别成功概率；矢量法可以看作是扫描法的快速算法，它引入两个整数矢量，仅做一次星图扫描，即可得出所有候选星点位置信息，但其提取星点数量是固定的，且该算法对图像背景噪声也很敏感，在图像背景噪声较大时，提取星点目标中伪星数量增长较快，容易达到星点存储数量上限，影响后续星图识别结果；高通滤波法采用Bernsen动态阈值对高通滤波后的星图进行候选星点目标的提取，由于虚假目标太多，需要对每个窗口内的候选星点目标进行二次提取，但该算法对杂光背景适应性较差，若图像受杂光影响背景起伏较大，则处理效果不佳；局部熵法根据星图局部熵的变化，得到星图中各星点目标区域，然后求取各星点目标的准确位置，该算法需要预先知道星点目标的个数，不适用于全天捕获模式星点提取，且定位精度与局部窗口的大小关系密切，如果目标恰好分布在多个局部窗口内，将造成较大的位置误差。
[0007]综上所述，扫描法、矢量法、高通滤波法对杂光背景适应性较差，局部熵法不适用于全天捕获模式，且提取星点位置误差较大。
[0008]目前由于部分卫星平台已不再使用红外地球敏感器，在星箭分离后需快速启动星
敏加电，输出姿态数据用于卫星定姿。该情况下，由于星箭分离时产生大量的灰尘碎片极大可能进入星敏感器视场，导致产品在一段时间内受杂光干扰，无法输出有效姿态数据。星敏感器在轨正常工作时，受安装位置及卫星轨道影响，普遍存在受太阳、地气光等杂光影响，在太阳或地气光影响较大且像面未饱和时产品存在退模式情况；在杂光干扰源减弱后，产品需要很长时间才能恢复正常跟踪模式，对于系统使用存在一定程度影响。
[0009]上述现象中星敏感器受杂光干扰无法输出有效姿态数据主要原因是：受杂光干扰后，无法有效提取杂光星图中星点，提取的星点数过少或伪星较多导致星图识别失败无法输出有效姿态数据，目前常用星点提取算法对杂光适应性较差，且在杂光背景下提取伪星数量较多，对全天星图识别存在较大影响。

技术实现思路

[0010]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法及装置，有效解决了产品在轨受杂光干扰不能快速输出有效姿态的问题，显著提升了星敏感器在轨抗杂光能力。
[0011]本专利技术解决技术的方案是：
[0012]一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法，该方法的步骤包括：
[0013]步骤一，设置图像处理帧数N
frame
初值为0，选择星数N
star
初值为0，i的初值为0；
[0014]步骤二，t
i
时刻随机生成N
window
‑
N
star
个窗口坐标，结合t
i
‑1时刻保留的N
star
颗星点坐标，得到t
i
时刻N
window
个窗口中心坐标，根据窗口大小和N
window
个窗口中心坐标对t
i
时刻的星图进行开窗，N
window
为星图最大开窗个数；
[0015]步骤三，分别计算每个窗口的图像背景均值和阈值，在窗口内利用计算的窗口阈值通过遍历连通域方式提取星点；
[0016]步骤四，利用一阶质心法计算所提取星点的位置坐标，并存储所提取星点的能量信息；
[0017]步骤五，将提取出的星点按能量进行排序，保留最亮的N
star
颗星点坐标；
[0018]步骤六，若N
star
≥选择星数阈值且图像处理帧数N
frame
≥帧数阈值，则进入步骤八；否则，进入步骤七；
[0019]步骤七，i＝i+1，重复步骤一
‑
六；
[0020]步骤八，利用N
star
颗星点进行全天星图识别，若全天星图识别成功，则执行步骤九，否则，执行步骤七；
[0021]步骤九，若全天星图识别成功，则进行姿态计算，结束全天星图处理。
[0022]所述步骤二中，窗口大小根据产品成像特点及适用动态性能进行设置。
[0023]所述步骤三中，在窗口内利用计算的窗口阈值通过遍历连通域方式提取星点，提取方法如下：
[0024]1)根据窗口大小选择窗口图像边缘n行
×
n列像素计算像素灰度均值Mean
window
及标准差Std
window
；
[0025]2)窗口图像阈值Thr
window
＝Mean
window
+coef*Std
window
，其中标准差系数coef根据具体图像噪声大小进行设置，默认为3；
[0026]3)根据窗口图像阈值Thr
window
，按照“从左至右，从上到下”的顺序遍历像元，找出
窗口图像中像元灰度大于阈值Thr
window
的连通域；
[0027]4)根据一阶质心法计算要提取的窗口内连通域对应星点坐标，计算公式如下：
[0028][0029]其中：每个像元超出背景均值的灰度值为E
xy
，x为星点连通域中像元行坐标，y为星点连通域中像元列坐标，Sx为星点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法，其特征在于该方法的步骤包括：步骤一，设置图像处理帧数N
frame
初值为0，选择星数N
star
初值为0，i的初值为0；步骤二，t
i
时刻随机生成N
window
‑
N
star
个窗口坐标，结合t
i
‑1时刻保留的N
star
颗星点坐标，得到t
i
时刻N
window
个窗口中心坐标，根据窗口大小和N
window
个窗口中心坐标对t
i
时刻的星图进行开窗，N
window
为星图最大开窗个数；步骤三，分别计算每个窗口的图像背景均值和阈值，在窗口内利用计算的窗口阈值通过遍历连通域方式提取星点；步骤四，利用一阶质心法计算所提取星点的位置坐标，并存储所提取星点的能量信息；步骤五，将提取出的星点按能量进行排序，保留最亮的N
star
颗星点坐标；步骤六，若N
star
≥选择星数阈值且图像处理帧数N
frame
≥帧数阈值，则进入步骤八；否则，进入步骤七；步骤七，i＝i+1，重复步骤一
‑
六；步骤八，利用N
star
颗星点进行全天星图识别，若全天星图识别成功，则执行步骤九，否则，执行步骤七；步骤九，若全天星图识别成功，则进行姿态计算，结束全天星图处理。2.根据权利要求1所述的一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法，其特征在于，所述步骤二中，窗口大小根据产品成像特点及适用动态性能进行设置。3.根据权利要求1所述的一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法，其特征在于，所述步骤三中，在窗口内利用计算的窗口阈值通过遍历连通域方式提取星点，提取方法如下：1)根据窗口大小选择窗口图像边缘n行
×
n列像素计算像素灰度均值Mean
window
及标准差Std
window
；2)窗口图像阈值Thr
window
＝Mean
window
+coef*Std
window
，其中标准差系数coef根据具体图像噪声大小进行设置，默认为3；3)根据窗口图像阈值Thr
window
，按照“从左至右，从上到下”的顺序遍历像元，找出窗口图像中像元灰度大于阈值Thr
window
的连通域；4)根据一阶质心法计算要提取的窗口内连通域对应星点坐标，计算公式如下：其中：每个像元超出背景均值的灰度值为E
xy
，x为星点连通域中像元行坐标，y为星点连通域中像元列坐标，Sx为星点行方向能量权重，Sy为星点列方向能量权重，S为该星点的能量，(u，v)为该星点的中心坐标。4.根据权利要求1所述的一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法，其特征在于，所述步骤五的实现方法如下：设提取的星点数为N
star_temp
，若N
star_temp
≥Thr_N
star
，则N
star
＝Thr_N
star
，当前帧选择星数N
star
＝Thr_N
star
；若N
star_temp
＜Thr_N
star
，则N
star
＝N
star_temp
，N
star
颗星点坐标记为UV_select，Thr_N
star
为选择星数阈值。5.根据权利要求1所述的一种基于迭代遍历的星敏感器抗杂光星点提取方法，其特征
在于，所述步骤四中，存储各星点能量信息后，N

【专利技术属性】
技术研发人员：程会艳，郑然，武延鹏，张腾飞，隋杰，李玉明，王苗苗，张洪健，关健，夏梦绮，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：