本发明专利技术公开了一种基于鱼眼镜头的超大视场太阳敏感器，它包括用于采集光线的鱼眼镜头、用于感光成像并将图像转化为图像数据的CMOS图像传感器、读取和缓存所述图像数据的图像读取单元和控制计算单元。本发明专利技术还公开了一种基于该超大视场太阳敏感器的太阳敏感方法，通过鱼眼镜头采集到180°×360°的全景图像，感光到CMOS图像传感器得到图像数据，利用CPLD和MCU组合提取计算全景视场的光斑信息，得出太阳矢量。本发明专利技术独创采用鱼眼镜头作为太阳敏感器的图像采集单元，具有普通太阳敏感器不具备的超大视场优点，同时弥补了组合式全景太阳敏感器器件繁多、结构复杂、功耗较大和精度不一致的缺点，适合在微小卫星上应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种低功耗超大视场太阳敏感器，应用于微小卫星姿态确定领域。
技术介绍
太阳敏感器是在航空领域应用最广泛的一类敏感器，所有的卫星上都配备有太阳敏感器，主要作用是通过测量太阳光线与卫星体轴之间的夹角，来确定太阳在卫星坐标系中的方位，最终以此来确定卫星的位置和姿态。从工作模式和输出数据类型来看，太阳敏感器的发展经历了模拟式、编码式到如今的数字式。而其所使用的成像探测器也从光电池发展到了 CCD探测器，再到如今新被采用的CMOS APS探测器。随着卫星姿态控制精度要求的日益提高，对太阳敏感器的精度要求必将更高，同时又要求其具有大视场、小体积、低功耗、 标准化、模块化的特点。解决大视场、高精度的矛盾是数字式太阳敏感器发展的关键问题。为了解决这一问题，国内外研究者提出了一些增大数字式太阳敏感器视场的方案。如将多个太阳敏感器组合成一个太阳敏感器，或者设计特殊的球状掩膜结构，这些设计上的改变虽然增大了太阳敏感器的视场，却也同时带来一些问题，如系统体积、质量及功耗的增加，或者以牺牲太阳敏感器的测量精度为代价。因此在微小卫星上采用结构简单的超大视场太阳敏感器实现整个视场的捕获，提供高精度太阳矢量信息对卫星姿态的确定具有十分重要的意义。鱼眼镜头，也叫全景镜头，是一种极端的广角镜头，为使镜头达到最大的摄影视角，这种摄影镜头的前镜片直径呈抛物状向镜头前部凸出，与鱼的眼睛颇为相似，“鱼眼镜头”因此得名。鱼眼镜头属于超广角镜头中的一种特殊镜头，它的视角力求达到或超出人眼所能看到的范围。鱼眼镜头主要用于制作基于现实场景的全景图像，广泛用于娱乐、房地产、博物馆、学校等机构的宣传及展示项目，亦可见于谷歌地图的街景功能。随着技术的发展，鱼眼镜头获取的全景图像也在不断清晰，应用范围也更加广泛。现在已普遍应用于安防监控，汽车行车记录仪，倒车雷达等需要大视场的位置。这些应用中鱼眼镜头后端配置有图像展开还原单元，对拍摄到的景象进行全景图像到平面图像的变换，最后在屏幕上显示，方便观察。鱼眼镜头超大视场的特点，有利于对整个环境的了解，同时减少了传统所需要的多镜头组合带来的繁琐和大成本，有着独特的利用价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种，该太阳敏感器具有超大视场，同时具有结构简单和功耗较低的优点。—种基于鱼眼镜头的超大视场太阳敏感器，包括用于采集光线的鱼眼镜头、用于感光成像并将图像转化为图像数据的CMOS图像传感器、读取和缓存所述图像数据的图像读取单元和控制计算单元；所述的控制计算单元对所述的CMOS图像传感器和所述的图像读取单元进行调控。所述鱼眼镜头具有超大视场，能采集180° X360°全景图像，弥补了普通镜头视场小的限制，同时解决了组合式太阳敏感器结构复杂的缺点；所述的CMOS图像传感器采用低功耗模式，减少了外部电路的配置，简化了电路结构并减少了功耗。作为优选，所述的图像读取单元包括对图像数据进行读取的CPLD和对图像数据进行缓存SRAM，工作时，所述的CPLD还可以进行初步的简单光斑信息统计计算。所述的CPLD同其他的芯片如DSP和FPGA相比，功耗更低，进一步降低了所述超大视场太阳敏感器的整体功耗。所述CPLD通过通用I/O 口与CMOS图像传感器进行连接，所述SRAM与CPLD通过通用I/o 口连接进行连接。·所述的鱼眼镜头与所述的CMOS图像传感器之间设有滤光膜，鱼眼镜头采集到的光线经过所述的滤光膜衰减后进入CMOS图像传感器。作为优选，所述的控制计算单元为MCU，所述的MCU通过SPI总线与所述的CPLD进行连接，所述的MCU通过SCCB总线与所述的CMOS图像传感器连接。同其他传输协议相比，使用SPI总线进行连接时，可以更加方便的控制CPLD的各种工作状态。本专利技术还提供了一种上述超大视场太阳敏感器的太阳敏感方法，包括(I)所述的控制计算单元根据外部指令对所述的CMOS图像传感器的输出图像的格式和分辨率进行配置，对所述的图像读取单元的工作模式进行配置；(2)所述的鱼眼镜头采集太阳光线并使采集到的太阳光线进入经过配置的CMOS图像传感器；(3)所述的CMOS图像传感器感光成像后将图像传化成图像数据，并将所述的图像数据传输到所述的图像读取单元；(4)所述的图像读取单元对所述的图像数据进行初步处理之后，传输给控制计算单元，所述的控制计算单元对经过初步处理之后图像数据进行进一步处理并输出处理结果O所述的控制计算单元通过UART协议与外部进行通信，获取外部指令以及向外输出处理结果。作为优选，步骤(I)中所述的工作模式分为拍照模式和计算模式，拍照模式和计算模式的转换通过外部指令进行控制。当步骤⑴中所述的工作模式为拍照模式的时候，步骤⑷的过程如下所述的图像读取单元将图像数据直接传输给控制计算单元并输出。当步骤(I)中所述的工作模式为计算模式的时候，步骤(4)中所述的初步处理包括统计光斑信息，得到太阳光斑中心坐标；步骤(4)中所述的进一步处理包括利用所述的太阳光斑中心坐标进行计算，得到太阳角度信息。所述的光斑信息的统计方法为求和平均法，具体为设置一个亮度阈值，与所述的图像数据进行比较，所述的图像数据大于所述亮度阈值，置为1，小于所述亮度阈值，置为0，然后进行求和平均，得到太阳光斑中心坐标。利用所述的太阳光斑中心坐标进行计算的方法可参考公开号为CN 102538786A的中国专利。同现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在(I)相对于传统鱼眼镜头成像设备需要对鱼眼镜头采集的图像进行展开还原的复杂做法，本专利技术不需要对图像进行展开还原，而是采用简单算法直接计算出太阳矢量，优化了计算复杂度，减少了计算时间和所需资源，降低了功耗，适合于微小卫星应用；(2)相对于普通太阳敏感器，本专利技术采用基于鱼眼镜头的CMOS图像传感器，形成超大视场太阳敏感器，从而克服了以往普通太阳敏感器视场小的限制，有利于微小卫星姿态确定的稳定性和有效性；(3)相对于组合式大视场太阳敏感器，本专利技术只利用鱼眼镜头进行图像的采集，减少了部件数量，优化了器件结构，实现了真正一体式的集成，功耗更低，体积更小，结构更 简单，满足微小卫星上的需求；(4)本专利技术采用CMOS图像传感器作为敏感原件，将CMOS图像传感器的时钟和控制电路、信号处理电路、模/数转换器、图像压缩等电路与图像传感阵列集成在一起，和传统CCD图像传感器相比具有功耗低、集成度高、体积小、成本低以及抗干扰能力强的优势，从而适于应用在微小卫星上。附图说明图I是本专利技术的超大视场太阳敏感器的总体结构示意框图；图2(a)是本专利技术中的鱼眼镜头的工作原理图；图2(b)是图2(a)的中的光线折射原理图；图3是本专利技术的图像传感器和信号处理单元各部件硬件连接图；图4是本专利技术的微控制器MCU的工作流程图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术用于微小卫星的超大视场太阳敏感器包括鱼眼镜头、CMOS图像传感器、图像读取单元和控制计算单元。鱼眼镜头具有180° X360°的超大视场，能对整个半球进行光线采集，鱼眼镜头后端贴有滤光膜，用于衰减鱼眼镜头之后的光线。CMOS图像传感器用于将经滤光膜衰减后的太阳光斑感光成像，并将其像平面上的太阳像转换成图像数据传送给图像读取单元。图像读取单元包括CPLD和SRAM，其中CPLD完成图像数据读取工作，并进行初步的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于鱼眼镜头的超大视场太阳敏感器，其特征在于，包括：用于采集光线的鱼眼镜头、用于感光成像并将图像转化为图像数据的CMOS图像传感器、读取和缓存所述图像数据的图像读取单元和控制计算单元；所述的控制计算单元对所述的CMOS图像传感器和所述的图像读取单元进行调控。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，丁泽伟，王俊，向甜，金仲和，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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