CN101231169A - 紫外月球敏感器自主积分时间调节方法 - Google Patents

Abstract

紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，(1)计算紫外月球敏感器拍摄的图像中灰度值高于亮像素阈值的像素比例，若计算比例大于亮比例阈值，则图像“超亮”转(4)，否则计算拍摄的整幅图像中灰度值低于暗像素阈值的像素比例，若所述比例大于暗比例阈值，则图像“超暗”转(5)，否则以拍摄的图像内的月球目标区域作为对象，进行平均灰度统计，若统计的平均灰度在阈值区间内，则图像处于“正常亮度”状态，转(6)，若平均灰度高于阈值区间，则图像“过亮”转(4)，若平均灰度低于阈值区间，则图像“过暗”转(5)；(4)积分时间档减1；(5)积分时间档加1；(6)积分时间档不变；(7)将调整后的积分时间档作为下次成像的积分时间。

Description

紫外月球敏感器自主积分时间调节方法

技术领域

本发明涉及一种紫外月球敏感器成像的自主积分时间调节方法，属光学成像姿态敏感器领域。

背景技术

随着成像探测器件以及处理器技术的快速进步，航天器姿态敏感器逐渐由单元扫描式向成像式发展，紫外月球敏感器就是一种有别于传统地平仪的大视场成像式姿态敏感器是我国第一个大视场扩展目标成像的敏感器。他利用面阵CCD对月球成像，处理的对象是属于具有形状特征的扩展目标，成像质量的好坏对后续信息处理影响很大。

月球成像属于反照太阳光，太阳入射角度的差异、不同地形(月海、月陆等)反照率差异使得一个轨道周期内月球成像亮度变化达到数十倍，若地面设定则需要频繁干预，这不现实。紫外月球敏感器光圈固定，由此为保证成像质量敏感器具备自主积分时间调节能力。目前，在轨的空间成像敏感器或者空间相机通常由地面进行积分时间的设定。

中国专利号200310124752.0，“线阵CCD光积分时间自适应控制方法及装置”中介绍了线阵CCD光几分自适应控制方法。该方法中没有亮度分析、等级划分等，并且线阵CCD无法直接获得二维图像。

光电工程[J]，2001年第1期，“一种数字测图中的自动曝光控制技术”主要针对航空测量数码相机，利用地面标定的景物亮度与光圈曲线进行自动光圈调节技术。该技术调节对象为相机光圈，并且也未涉及图像分级与分析问题。

美国专利US5319969，名称“Method for determining 3-axis spacecraftattitude”中介绍了一种利用紫外谱段姿态敏感器的三轴姿态确定方法，其中未涉及自主积分时间调节。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，该方法在轨实时将图像分成五个等级通过自主调节成像积分时间解决了紫外月球敏感器对月球的高质量成像问题。

本发明的技术解决方案是：紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，包括下列步骤：

(1)对紫外月球敏感器拍摄的整幅图像进行亮度分析，计算图像中灰度值高于亮像素阈值的像素比例，判断计算的比例与预先设置的亮比例阈值大小，若比例值大于预先设置的亮比例阈值，则认为图像“超亮”，积分时间档减小1，否则转步骤(2)；

(2)计算步骤(1)中拍摄的整幅图像中灰度值低于暗像素阈值的像素比例，判断所述比例与预先设置的暗比例阈值的大小，若所述比例大于暗比例阈值，则认为图像“超暗”，积分时间档增加1，否则转步骤(3)；

(3)以拍摄的图像内的月球目标区域作为对象，进行平均灰度统计，判断所述的平均灰度与正常灰度阈值区间的关系，若统计的平均灰度在阈值区间内，则认为图像处于“正常亮度”状态，积分时间档不变，若统计的平均灰度高于阈值区间，则认为图像“过亮”，积分时间档减小1，若统计的平均灰度低于阈值区间，则认为图像“过暗”，积分时间档增加1；

(4)将调整后的积分时间档作为下次成像的积分时间。

所述步骤(1)中的对紫外月球敏感器拍摄的整幅图像进行亮度分析采用离散采集图像点并进行统计方法。

所述步骤(1)中的亮像素阈值设计根据地面实验中的最亮值进行预设，一般不小于最亮值的95％。

所述步骤(1)中的亮比例阈值为目标最小面积与整幅图像的比例。

所述步骤(2)中的暗像素阈值等于地面实验中的最大背景灰度值。

所述步骤(2)中的暗比例阈值一般大于95％。

所述步骤(3)中的正常亮度阈值区间[T1，T2]计算公式为：

T1＝C*(1-K)

T2＝C*(1+K)

其中，C为灰度等级的中心值；

K取值范围为1/2～2/3。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明将紫外月球敏感器拍摄的图像分成超亮、过亮、正常、过暗和超暗五各等级，通过实时整图分析、目标分析两种方式进行亮度等级计算，按照等级实时调节积分时间，解决了在轨实时自主调节成像积分时间解决紫外月球敏感器对月球的成像问题。

(2)本发明超亮级别设计可以避免由于目标亮度饱和产生的溢出，使得平均灰度值降低，产生正常亮度的错判的情况。

(3)本发明超暗级别设计可以避免由于目标灰度过低产生图像中无目标的错判。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明实施例1超亮例图；

图3为本发明实施例1调整后正常图像；

图4为本发明实施例2超暗例图；

图5为本发明实施例3过亮例图；

图6为本发明实施例4过暗例图。

具体实施方式

本发明中涉及的紫外月球敏感器可以采用Honeywell公司申请的专利号为US5837894名称“Wide Field of View Sensor with diffractive OpticalCorrector”中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器。还可以采用美国专利US5319969名称“Method for determining 3-axis spacecraft attitude”中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器。

如图1所示，为本发明方法流程图，具体实施步骤如下：

(1)对紫外月球敏感器拍摄的整幅图像进行亮度分析，计算图像中灰度值高于亮像素阈值G_h的像素比例r_h，判断计算的比例与预先设置的亮比例阈值T_rh大小，若比例值大于预先设置的亮比例阈值，则认为图像“超亮”，积分时间档号减小1档：Inte_Time＝Inte_Time-1；式中Inte_Time代表敏感器积分时间档号，否则转步骤(2)；

上面所述的对紫外月球敏感器拍摄的整幅图像进行亮度分析以整幅图像作为对象，平均离散的采集图像点并进行统计。图像中灰度值高于亮像素阈值G_h的像素比例r_h的计算公式为：(G_h根据地面实验中的最亮值进行预设，一般不小于最亮值的95％)

$r_h=\frac{N_h}{\mathrm{Num}}$

上式N_h为亮度高于G_h的像素数量，Num为图像像素总量；

若r_h＞T_rh，则认为图像超亮，T_rh为亮比例阈值，大小为成像目标最小面积与整幅图像的比例。

(2)计算步骤(1)中拍摄的整幅图像中灰度值低于暗像素阈值G_l的像素比例r_l，判断所述比例与预先设置的暗比例阈值T_rl的大小，若所述比例r_l大于暗比例阈值T_rl，则认为图像“超暗”，积分时间档号升高1档：Inte_Time＝Inte_Time+1，否则转步骤(3)；

其中，G_l为暗像素阈值等于地面实验中的最大背景灰度值，比例r_l的计算公式如下：

$r_l=\frac{N_l}{\mathrm{Num}}$

上式N_l为亮度低于G_l的像素数量，Num为像素总量。

若r_l＞T_rl，则认为图像超暗，T_rl可选择95％。

(3)以拍摄的图像内的月球目标区域作为对象，进行平均灰度统计，判断所述的平均灰度与正常灰度阈值区间的关系，若统计的平均灰度在阈值区间内，则认为图像处于“正常亮度”状态，积分时间档号不变：Inte_Time＝Inte_Time，若统计的平均灰度高于阈值区间，则认为图像“过亮”，积分时间档号减小1档：Inte_Time＝Inte_Time-1；若统计的平均灰度低于阈值区间，则认为图像“过暗”，积分时间档号升高1档：Inte_Time＝Inte_Time+1；平均灰度计算公式为：

$\stackrel{\‾}{G}=\frac{\mathrm{\Σ}{G}_T}{{\mathrm{Num}}_T}$

为求解得到的目标区域平均亮度，Num_T为目标区域像素数量，G_T所统计像素点的灰度；

当 $\stackrel{\‾}{G}\∈\left[\begin{array}{cc}T1& T2\end{array}\right]$ 认为处于正常亮度，正常亮度阈值区间计算公式为：

T1＝C*(1-K)

T2＝C*(1+K)

其中，C为灰度等级的中心值；K取值范围为1/2～2/3。对于8位图像而言，k取1/2得到T1＝64，T2＝192；

当 $\stackrel{\‾}{G}>T2$ 认为图像过亮；

当 $\stackrel{\&OverBar;}{G}<T1$ 认为图像过暗；

(4)紫外月球敏感器中的数字处理器将调节后的积分时间数字量写入头部CCD控制指令值，则下次成像中积分时间得到了调整，积分时间调整的电路实现部分可参见文章“紫外CCD敏感器头部电路系统的研究”，空间科学学报2006 Vol.26 No.2。

实施例1：

按照上面所述的步骤对紫外月球敏感器积分时间自主进行调整，其中积分时间档号设计可以如下表1所示：

                              表1  积分时间档号

积分时间档Inte_Time	0	1	2	3	4	5	6	7
									时间值(ms)	5	10	20	40	80	160	320	640

其中亮像素阈值G_h取250，亮比例阈值按照月球在标称轨道下出现娥眉月时所占整幅图像像素比例确定，T_rh取5％，对图2计算亮比例阈值：

$r_h=\frac{N_h}{\mathrm{Num}}=\frac{1.0423*{10}^6}{1024*1024}=9.94\%$

由于r_h＞T_rh，则得到图2亮度级别为“超亮”，需要降低积分时间。经两次调节后，图像正常如图3所示。

实施例2：

按照上面所述的步骤对紫外月球敏感器积分时间自主进行调整，其中积分时间档号设计如表1所示。暗像素阈值G_l取10，暗比例T_rl取95％，对图4计算暗比例阈值：

$r_l=\frac{N_l}{\mathrm{Num}}=\frac{1.0231*{10}^7}{1024*1024}=97.6\%$

由于r_l＞T_rl，则得到本图亮度级别为“超暗”，需要提高积分时间，经4次积分时间调节后图像正常。

实施例3：

按照上面所述的步骤对紫外月球敏感器积分时间自主进行调整，其中积分时间档号设计表1所示。选择正常亮度阈值区间T1＝64，T2＝192，对图5进行目标分割后计算月球的平均灰度 $\stackrel{\&OverBar;}{G}=231,$ 大于T2则图5亮度级别为“过亮”，经一次积分时间降低后亮度正常。

实施例4：

按照上面所述的步骤对紫外月球敏感器积分时间自主进行调整，其中积分时间档号设计如表1所示。选择正常亮度阈值区间T1＝64，T2＝192，对图6进行目标分割后计算月球的平均灰度 $\stackrel{\&OverBar;}{G}=46.2,$ 平均灰度小于T1则图6亮度级别为“过暗”，经一次积分时间升高后亮度正常。

本发明思想与方法可以推广应用于其它空间敏感器的积分时间调节上，只要利用本发明的思想实现的方法都落入本发明的保护范围，本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)对紫外月球敏感器拍摄的整幅图像进行亮度分析，计算图像中灰度值高于亮像素阈值的像素比例，判断计算的比例与预先设置的亮比例阈值大小，若比例值大于预先设置的亮比例阈值，则认为图像“超亮”，积分时间档减1，否则转步骤(2)；

(2)计算步骤(1)中拍摄的整幅图像中灰度值低于暗像素阈值的像素比例，判断所述比例与预先设置的暗比例阈值的大小，若所述比例大于暗比例阈值，则认为图像“超暗”，积分时间档加1，否则转步骤(3)；

(3)以拍摄的图像内的月球目标区域作为对象，进行平均灰度统计，判断所述的平均灰度与正常灰度阈值区间的关系，若统计的平均灰度在阈值区间内，则认为图像处于“正常亮度”状态，积分时间档不变，若统计的平均灰度高于阈值区间，则认为图像“过亮”，积分时间档减1，若统计的平均灰度低于阈值区间，则认为图像“过暗”，积分时间档加1；

(4)将调整后的积分时间档作为下次成像的积分时间。

2.根据权利要求1所述的紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，其特征在于：所述步骤(1)中的对紫外月球敏感器拍摄的整幅图像进行亮度分析采用离散采集图像点并进行统计方法。

3.根据权利要求1所述的紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，其特征在于：所述步骤(1)中的亮像素阈值设计根据地面实验中的最亮值进行预设，一般不小于最亮值的95％。

4.根据权利要求1所述的紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，其特征在于：所述步骤(1)中的亮比例阈值为目标最小面积与整幅图像的比例。

5.根据权利要求1所述的紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，其特征在于：所述步骤(2)中的暗像素阈值等于地面实验中的最大背景灰度值。

6.根据权利要求1所述的紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，其特征在于：所述步骤(2)中的暗比例阈值一般大于95％。

7.根据权利要求1所述的紫外月球敏感器自主积分时间调节方法，其特征在于：所述步骤(3)中的正常亮度阈值区间[G1，G2]计算公式为：

G1＝C*(1-K)

G2＝C*(1+K)

其中，C为灰度等级的中心值；

K取值范围为1/2～2/3。

Images