CN103792069B - 一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法 - Google Patents

Abstract

一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，通过光学成像系统获取月球图像；基于亚像素边缘检测算法提取月球图像边缘；利用提取的边缘信息进行初步拟合，得到初始粗拟合圆盘；利用最小二乘法拟合月球圆盘且基于距离约束逐步优化，得到高精度亚像素级月球圆盘；利用相对位置几何关系计算光学成像系统焦距。与现有技术相比，本发明解决了地面研制过程中长焦距光学成像系统测量成本高、装置复杂，在轨运行期间光学成像系统焦距测量难度大、精度受限等问题，充分利用对月球进行成像，提出亚像素提取并通过最小二乘法拟合获取月球圆盘的直径，使得无论“满月”还是“亏月”都能用于焦距测量，是一种经济可行的长焦距光学成像系统焦距测量方法。

Description

一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，属于光学成像系统测量技术领域，特别适用于在地面与在轨运行的光学成像系统的焦距精确测量。

背景技术

为满足高分辨率观测成像的任务需求，越来越需要使用长焦距光学成像系统，例如，QuickBird-2分辨率0.61m、焦距8.8m，GeoEye-1全色分辨率0.41m、焦距13.3m，哈勃空间望远镜系统中使用长焦距光学成像系统其焦距达到57.6m。

对于光学成像系统，无论是地面研制过程还是在轨运行阶段，需要使用相应的焦距测量技术。一方面，在地面研制阶段，常用的焦距测量方法有放大率法和测角法，检测精度受限于地面仪器设备的精度影响，设备研制成本高；另一方面，在发射以及在轨运行阶段，由于振动、在轨环境温度等变化等都将影响光学成像系统的焦距发生一定变化，直接影响成像分辨率和几何定位精度，需要对光学成像系统的焦距进行精确测量，然而，目前在轨焦距测量需要利用地面定标场，大量地面控制点的方法测量手段复杂、成本高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，利用对月球进行成像，提出亚像素提取并通过最小二乘法拟合获取月球圆盘的直径，使得无论“满月”还是“亏月”都能用于焦距测量，解决了地面研制过程光学成像系统焦距特别是长焦距光学成像系统测量成本高、装置研制难度大，在轨运行期间光学成像系统焦距测量依赖地面定标场所带来的手段复杂、成本高问题，是一种经济可行的长焦距光学成像系统焦距测量方法。

本发明的技术解决方案是：一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，通过以下步骤实现：

（1）通过光学成像系统在地面或在轨观测月球，获取月球图像，记录成像位置以及成像时刻，计算光学成像系统到月球的距离；

（2）初步确定月球所在图像中的位置，基于亚像素边缘检测算法提取月球图像边缘；

（3）利用提取的边缘信息对月球圆盘进行初步拟合，构造月球圆环，并根据落入月球圆环区域的边缘点数，得到初始粗拟合圆盘；

（4）在初始粗拟合圆盘的基础上，利用最小二乘法拟合月球圆盘，并且基于距离约束逐步优化，最终得到高精度的亚像素级月球圆盘；

（5）利用光学成像系统与月球的位置几何关系计算光学成像系统焦距。

所述步骤（2）中初步确定月球所在图像中的位置通过以下步骤实现：

（2.1）构造月球图像的坐标系XOY，将所获取的月球图像的左上角作为月球图像的坐标原点O，水平向右作为月球图像的X轴，竖直向下作为月球图像的Y轴；

（2.2）将月球图像分别在X、Y方向投影，在X方向的投影值为图像中每一列的灰度值之和，在Y方向的投影值为图像中每一行的灰度值之和，分别统计X与Y方向灰度值之和大于预设阈值的区域，该区域的宽度与高度分别表示为ΔX与ΔY；

（2.3）将上述区域在X与Y方向分别往+X、-X方向以及+Y、-Y方向扩展δ个像素，则将宽度为ΔX+2δ、高度为ΔY+2δ的矩形区域初步确定为月球所在图像中的位置。

所述步骤（2.1）中预设阈值大于20个灰度值，所述步骤（2.2）中δ取值范围30～50个像素。

所述步骤（3）中得到初始粗拟合圆盘通过以下步骤实现：

（3.1）根据步骤（2）提取的边缘信息，统计所有边缘在X、Y方向的坐标最大点与最小点，得到所对应的四个极值点坐标，判断四个极值点中是否有重合的点，如果四个极值点都不重合，则转步骤（3.3），否则四个极值点有重合，不重合的极值点数为m个，m为大于1小于4的整数，继续步骤（3.2）；

（3.2）构造新坐标系X′O′Y′，以月球图像的坐标原点O为新坐标系的坐标原点O′，X轴、Y轴各顺时针旋转45°得到X′轴和Y′轴，统计所有边缘在X′、Y′方向的坐标最大点与最小点得到四个新极值点坐标，判断每个新极值点与步骤（3.1）中极值点是否重合，如果不重合则m加1，将该新极值点补充到步骤（3.1）中的极值点中，直到m等于4，得到四个不重合的极值点；

（3.3）以四个极值点的三个极值点作为一组分别拟合月球圆盘，得到四个月球圆盘；

（3.4）对四个月球圆盘中的每个圆盘都进行下述处理，即以月球圆盘边界为分界线，在半径方向分别向外、向内扩展n个像素，形成宽度为2n个像素的月球圆环；

（3.5）统计所有边缘点落在月球圆环外侧的边缘点的个数，如果边缘点的个数大于设定的阈值，则将该月球圆环所对应的月球圆盘去掉，不作为候选月球圆盘，如果边缘点的个数不大于设定的阈值，则将该月球圆环所对应的月球圆盘作为候选月球圆盘；

（3.6）遍历候选月球圆盘中的所有边缘点，记录落在候选月球圆盘所对应的月球圆环区域的边缘点，如果所述候选月球圆盘的个数大于1，则继续步骤（3.7），否则将该候选月球月盘作为初始粗拟合圆盘，不继续步骤（3.7）；

（3.7）统计所记录的落在每个候选月球圆盘所对应的圆环区域的边缘点数，将具有最大边缘点数所对应的月球圆盘作为初始粗拟合圆盘。

所述步骤（4）中得到高精度的亚像素级月球圆盘通过以下步骤实现：

（4.1）将步骤（3.6）或步骤（3.7）所获得的初始粗拟合圆盘所对应的圆环区域的边缘点，利用最小二乘法拟合圆盘，得到亚像素级月球圆盘；

（4.2）确定参与拟合的每个边缘点到亚像素级月球圆盘的距离，如果该距离大于设定的阈值，则去掉该边缘点，否则保留该边缘点；直至所有边缘点处理完成；

（4.3）将保留的所有边缘点利用最小二乘法拟合圆盘，得到新的亚像素级月球圆盘，重新执行步骤（4.2），直到所有距离大于设定阈值的边缘点都去掉得到高精度的亚像素级月球圆盘。

本发明与现有技术相比有益效果为：

（1）本发明可用于在地面测量光学成像系统焦距，充分利用目前已知的月球高精度信息，在地面使光学成像系统对月球成像，不需要专门的焦距测量靶标即可实现光学成像系统的高精度焦距测量，避免了光学成像系统焦距特别是长焦距地面测量难度大、成本高、靶标精度要求苛刻等缺点。

（2）本发明克服目前在轨光学成像系统焦距测量的难点，充分利用月球高精度的直径、距离等信息以及成像系统到月球距离远的特点，在轨运行期间利用卫星姿态调整能力对月球成像，不需要专门的地面靶标和控制点，即可实现光学成像系统的高精度在轨焦距测量。

（3）本发明提出一种对月球进行亚像素边缘提取并拟合成月球圆盘的方法，不受月球“月相”的限制，无论“满月”还是“亏月”都可以拟合成圆盘，极大提高了基于月球成像进行焦距测量的次数，可实现高频次的焦距测量。

附图说明

图1是本发明基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法流程图；

图2是本发明在轨运行卫星对月球成像的示意图；

图3是本发明利用Canny算子进行亚像素提取的抛物线拟合示意图；

图4是本发明从初始粗拟合圆盘到逐步优化得到高精度的亚像素级月球圆盘的具体流程图；

图5是本发明计算光学成像系统焦距示意图；

图6a-图6d是本发明月球仿真“亏月”图像边缘提取与拟合圆盘的示意图；

图7a-图7d是本发明月球实际“满月”图像边缘提取与拟合圆盘的实施例图。

具体实施方式

一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，具体步骤如图1所示，该方法由以下步骤实现：

1、通过光学成像系统在地面或在轨观测月球，获取月球图像，记录成像位置以及成像时刻，计算光学成像系统到月球的距离。

所述光学成像系统在地面观测月球主要是满足地面研制阶段光学成像系统的焦距测量需求，可根据需要对月球进行多次成像，获取多幅月球图像。

所述光学成像系统在轨观测月球主要是满足光学成像系统在轨运行阶段光学成像系统的焦距测量需求。

所述记录成像位置及成像时刻主要利用STK软件计算成像位置与月球之间的距离信息。如图2所示为STK软件仿真的在轨运行卫星与月球位置关系的示意图，根据成像位置和成像时刻利用STK软件可以得到卫星成像位置到月球的距离。

2、初步确定月球所在图像中的位置，基于亚像素边缘检测算法提取月球图像边缘。

2.1、将所述月球图像在一维投影，初步确定月球所在图像中的位置。

由于深空背景的灰度值接近零值，因此月球在图像中灰度信息明显，将所获取的月球图像的左上角作为月球图像的坐标原点，从坐标原点开始水平向右作为图像的X轴，从坐标原点开始竖直向下作为图像的Y轴，将所获得的月球图像分别在X、Y方向投影，在X方向投影值为图像中每一列的灰度值之和，在Y方向的投影值为图像每一行的灰度值之和，分别统计X与Y方向灰度值之和大于一定阈值的区域，本实例取阈值大于20个灰度值，初步确定该区域为图像中的月球成像区域，该区域的宽度与高度分别表示为ΔX与ΔY。

将上述月球成像区域在X与Y方向分别往+X、-X方向以及+Y、-Y方向扩展δ个像素，则将宽度为ΔX+2δ、高度为ΔY+2δ的矩形区域初步确定为月球所在图像中的位置，δ取值范围30～50个像素，在所确定的月球所在图像中的位置区域内进行月球图像边缘提取。

2.2、Canny边缘检测算子实现像素级边缘检测。

Canny边缘检测算子具有边缘的漏检率低、定位准确、单边缘响应准则等特点，本发明对上述获取的月球图像采用Canny算子进行边缘提取。

所述Canny边缘检测算子的检测步骤：用高斯滤波器平滑图像；用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值与方向；对梯度幅值应用非极大值抑制，细化边缘；用双阈值法检测和连接边缘。

2.3、抛物线拟合的亚像素级边缘检测。

Canny边缘检测算子的亚像素检测主要是通过抛物线拟合确定真实边缘位置，如图3所示，在非极大值抑制过程中通过插值得到法线方向上P₁的幅值W₁，P₂的幅值W₂，边缘像素点P的幅值为W，利用P₁、P₂和P的幅值拟合法线方向上的抛物线方程，因此真正的边缘点为抛物线方程对应的最高点W_max，也就是抛物线的一阶导数等于零时所对应的点的坐标。

3、利用提取的边缘信息对月球圆盘进行初步拟合，构造月球圆环统计落入月球圆环区域的边缘点数，并将具有最大边缘点数所对应的月球圆盘作为初始粗拟合圆盘。

3.1、统计上述所提取出的所有边缘点中在X方向与Y方向的最小值与最大值，分别记为x_min,x_max,y_min,y_max，保存这四个点坐标即四个边缘极值点（x_min,y_left）、（x_max,y_right）、（x_up,y_min）、（x_down,y_max），分别称为左边界点、右边界点、上边界点和下边界点，其中y_left,y_right分别为X方向最小值与最大值边缘点所对应的y坐标值，x_up,x_down分别为Y方向最小值与最大值边缘点所对应的x坐标值。根据统计得到的四个边缘极值点，判断四个边缘极值点中是否有重合的点，如果四个边缘极值点都不重合，则转步骤3.3，否则四个极值点有重合，不重合的极值点数为m个，m为大于1小于4的整数，继续步骤3.2；

3.2、构造新坐标系X′O′Y′，以月球图像的坐标原点O为新坐标系的坐标原点O′，X轴、Y轴各顺时针旋转45°得到X′轴和Y′轴，统计所有边缘在X′、Y′方向的坐标最大点与最小点得到四个新极值点坐标，判断每个新极值点与步骤3.1中极值点是否重合，如果不重合则m加1，将该新极值点补充到步骤3.1中的极值点中，直到m等于4，得到四个不重合的极值点；

3.3、以四个极值点的三个极值点作为一组分别拟合月球圆盘，得到四个月球圆盘；

由于月球是个球体，所以光学成像系统采集到的月球有一部分是圆形，在“满月”时为全圆，在“亏月”时为部分圆弧。对上述四个边缘点中的任意三个边缘点进行圆拟合，圆方程可以表示为：

(x-a)²+(y-b)²=R²（1）

其中，(a,b)为圆盘圆心，R为圆盘半径。

3.4、对每一个拟合得到的月球圆盘，以拟合的月球圆盘边界为分界线，在半径方向分别向外、向内扩展n个像素，形成一个具有2n宽度的圆环，本发明取n等于2～4个像素，即拟合的圆盘在半径方向分别向外、向内各延伸了2～4个像素，圆环的宽度为4～8个像素；

3.5、统计所有边缘点落在月球圆环外侧的边缘点的个数，如果边缘点的个数大于设定的阈值，则将该月球圆环所对应的月球圆盘去掉，不作为候选月球圆盘，如果边缘点的个数不大于设定的阈值，本发明取阈值为10，则将该月球圆环所对应的月球圆盘作为候选月球圆盘；

3.6、遍历候选月球圆盘中的所有边缘点，记录落在候选月球圆盘所对应的月球圆环区域的边缘点，如果所述候选月球圆盘的个数大于1，则继续步骤3.7，否则将该候选月球月盘作为初始粗拟合圆盘，不继续步骤3.7；

3.7、统计所记录的落在每个候选月球圆盘所对应的圆环区域的边缘点数，将具有最大边缘点数所对应的月球圆盘作为初始粗拟合圆盘。

4、在上述初始粗拟合圆盘的基础上，利用最小二乘法拟合月球圆盘，并且基于距离约束逐步优化，最终得到高精度的亚像素级月球圆盘。

4.1、将步骤3.6或步骤3.7所获得的初始粗拟合圆盘所对应的圆环区域的边缘点，利用最小二乘法拟合圆盘，得到亚像素级月球圆盘。

4.2、基于距离约束逐步优化去除亚像素月球圆盘上的边缘点，再利用剩下的亚像素边缘点拟合精确的月球圆盘，进一步得到精细化后的月球圆盘半径。

所述距离约束是指所参与拟合月球圆盘的每个亚像素边缘点到拟合的月球圆盘的距离，如果边缘点到圆盘的距离大于一定阈值，则去掉该边缘点，如果边缘点到圆盘的距离小于一定阈值，则保留该边缘点，直到所用参与拟合的边缘点都遍历一遍，本发明根据拟合精度的需求，可取阈值为0.5～1个像素。

4.3、将保留的所有边缘点利用最小二乘法拟合圆盘，得到新的亚像素级月球圆盘，重新执行步骤4.2，直到所有距离大于设定阈值的边缘点都去掉得到高精度的亚像素级月球圆盘。

5、利用光学成像系统与月球的位置几何关系计算光学成像系统焦距。

根据成像时刻光学成像系统与月球的距离D、月球的直径d、以及月球圆盘在图像上对应的像素个数，计算光学成像系统的焦距。

如图5所示，根据月球直径d、距离D、月球圆盘对应的像素个数n，可得成像系统的焦距计算公式为：

$f=\frac{(n\×\mathrm{\τ}\×{10}^{-6})\×(D\×{10}^3)}{d\×{10}^3}\×{10}^3---\left(2\right)$

式中，τ为光学成像系统每个探元的物理尺寸，单位μm，月球直径d与距离D的单位都为km，焦距f的单位为mm。

经分析，地面拍摄的月球图像测量焦距的误差来源主要有：大气折射的影响；拍摄当前图像的成像时刻精度的影响；拍摄当前图像的成像位置精度的影响；边缘提取算法的影响。

总之，通过地面实拍图像的实施例验证表明，本方面方法可行、精度高，在轨成像系统由于可以进一步减少大气折射的影响，以及极大提高成像时刻和成像位置的测量精度，对于高分辨率光学成像系统来说，边缘提取的精度更高，因此，在轨成像系统的焦距测量时可得到更高的精度。

实施例

以下通过仿真月球图像与地面实拍图像两种情况下的实施例，对本发明方法的可行性、高精度进行验证。

1、通过光学成像系统在地面或在轨观测月球获取月球图像。

如图6（即图6a、6b、6c、6d）所示为仿真的“亏月”的月牙图像，图像大小300×300像素。如图7（即图7a、7b、7c、7d）所示为利用已知焦距为270mm的数码相机在地面实拍的月球图像，实际拍摄的图像大小为3888×2592像素，为方便显示，图7只是截取了一部分，截取的坐标为（1000，1000），即图7a、7b、7c、7d每个图的左上角在X与Y轴的坐标为（1000，1000），大小为683×640像素，拍摄时间北京时间2013年10月19日20点21分，位置东经116°23′、北纬40°09′，月球直径d0=3474km、成像位置到月球的距离D0=384796km。

2、基于亚像素边缘检测算法提取月球图像边缘。

利用Canny边缘检测算子以及抛物线拟合的亚像素边缘提取算法，得到亚像素级的边缘点如图6a和图7a所示，图6a提取出6条边缘，边缘点数共562个；图7a提取出235条边缘，边缘点数共1453个。

3、利用提取的边缘信息对月球圆盘进行初步拟合，得到初始粗拟合圆盘。

以四个边缘极值点中的任意三个点拟合圆盘，图6b和图7b所示为仿真图像与实拍图像得到的拟合圆盘，其中图6b的四个边缘极值点为(10,147)、(113,9)、(112,9)、(102,285)，拟合得到的圆心和半径依次为：(113,147)、138，(157,149)、147，(113,116)、108，(157,149)、147，由于四个边缘极值点有两个点(113,9)、(112,9)比较接近，导致拟合出像素级圆盘中有两个重合；图7b的四个拟合圆盘一致，因此表明月球的表现形式为“满月”，图中只给出了其中的一个拟合圆盘，圆心(352,306)、半径215。

在所有的候选圆盘中，具有最大边缘点数所对应的圆盘作为初始粗拟合圆盘，如图6c和图7c为仿真图像和实拍图像的初始粗拟合圆盘，图6c中所示粗拟合圆盘的边缘点数为421个边缘点，图7c中所示粗拟合圆盘的边缘点数为1436个边缘点。

4、在上述初始粗拟合圆盘的基础上，利用最小二乘法拟合月球圆盘，并且基于距离约束逐步优化，最终得到高精度的亚像素级月球圆盘。

利用最小二乘法将剩下圆环区域里的所有亚像素边缘点拟合圆盘，得到亚像素级月球圆盘，对于上述仿真图像利用粗拟合圆盘的421个边缘点，对于实拍图像利用1436个边缘点。

边缘点到圆盘的距离大于0.5个像素作为距离约束，对于图6c经过多次优化得到的高精度亚像素级月球圆盘如图6d所示，圆盘上的边缘点数为406个，圆心坐标（156.767,148.664）、半径146.207像素；对于图7c经过多次优化得到的高精度亚像素级月球圆盘如图7d所示，圆盘上的边缘点数为694个，圆心坐标原图像X、Y轴上的值为（1000+351.055，1000+305.723）、半径213.366像素。

5、计算光学成像系统焦距。

对于图7中的实拍月球图像，可以计算光学成像系统的焦距，已知数码相机在分辨率5184×3456像素的每个探元的物理尺寸大小等于4.3μm，则在当前3888×2592像素分辨率时的每个探元的等效物理尺寸τ₀大小等于：

${\mathrm{\τ}}_0=4.3\×\sqrt{5184\×3456/3888\×2592}=5.7333\mathrm{\μm}.$

将月球直径d₀=3474km、成像位置到月球的距离D₀=384796km、月球圆盘的像素个数n₀=2×213.366=426.732代入上述公式（2）：

$f_0=\frac{(426.732\×5.7333\×{10}^{-6})\×(384796\×{10}^3)}{3474\×{10}^3}\×{10}^3$

可得到焦距f₀=270.83866mm，精度误差（270.83866-270）/270×100%=0.3106%；而用像素级（半径215个像素）的测量焦距为273.0715mm，精度误差（273.0715-270）/270×100%=1.0788%。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，其特征在于通过以下步骤实现：

(1)通过光学成像系统在地面或在轨观测月球，获取月球图像，记录成像位置以及成像时刻，计算光学成像系统到月球的距离；

(2)初步确定月球所在图像中的位置，基于亚像素边缘检测算法提取月球图像边缘；

(3)利用提取的边缘信息对月球圆盘进行初步拟合，构造月球圆环，并根据落入月球圆环区域的边缘点数，得到初始粗拟合圆盘；

(4)在初始粗拟合圆盘的基础上，利用最小二乘法拟合月球圆盘，并且基于距离约束逐步优化，最终得到高精度的亚像素级月球圆盘；

(5)利用光学成像系统与月球的位置几何关系计算光学成像系统焦距。

2.根据权利要求1所述的一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中初步确定月球所在图像中的位置通过以下步骤实现：

(2.1)构造月球图像的坐标系XOY，将所获取的月球图像的左上角作为月球图像的坐标原点O，水平向右作为月球图像的X轴，竖直向下作为月球图像的Y轴；

(2.2)将月球图像分别在X、Y方向投影，在X方向的投影值为图像中每一列的灰度值之和，在Y方向的投影值为图像中每一行的灰度值之和，分别统计X与Y方向灰度值之和大于预设阈值的区域，该区域的宽度与高度分别表示为ΔX与ΔY；

(2.3)将上述区域在X与Y方向分别往+X、-X方向以及+Y、-Y方向扩展δ个像素，则将宽度为ΔX+2δ、高度为ΔY+2δ的矩形区域初步确定为月球所在图像中的位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，其特征在于：所述步骤(2.2)中预设阈值大于20个灰度值，所述步骤(2.3)中δ取值范围30～50个像素。

4.根据权利要求2所述的一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，其特征在于：所述步骤(3)中得到初始粗拟合圆盘通过以下步骤实现：

(3.1)根据步骤(2)提取的边缘信息，统计所有边缘在X、Y方向的坐标最大点与最小点，得到所对应的四个极值点坐标，判断四个极值点中是否有重合的点，如果四个极值点都不重合，则转步骤(3.3)，否则四个极值点有重合，不重合的极值点数为m个，m为大于1小于4的整数，继续步骤(3.2)；

(3.2)构造新坐标系X′O′Y′，以月球图像的坐标原点O为新坐标系的坐标原点O′，X轴、Y轴各顺时针旋转45°得到X′轴和Y′轴，统计所有边缘在X′、Y′方向的坐标最大点与最小点得到四个新极值点坐标，判断每个新极值点与步骤(3.1)中极值点是否重合，如果不重合则m加1，将该新极值点补充到步骤(3.1)中的极值点中，直到m等于4，得到四个不重合的极值点；

(3.3)以四个极值点的三个极值点作为一组分别拟合月球圆盘，得到四个月球圆盘；

(3.4)对四个月球圆盘中的每个圆盘都进行下述处理，即以月球圆盘边界为分界线，在半径方向分别向外、向内扩展n个像素，形成宽度为2n个像素的月球圆环；

(3.5)统计所有边缘点落在月球圆环外侧的边缘点的个数，如果边缘点的个数大于设定的阈值，则将该月球圆环所对应的月球圆盘去掉，不作为候选月球圆盘，如果边缘点的个数不大于设定的阈值，则将该月球圆环所对应的月球圆盘作为候选月球圆盘；

(3.6)遍历候选月球圆盘中的所有边缘点，记录落在候选月球圆盘所对应的月球圆环区域的边缘点，如果所述候选月球圆盘的个数大于1，则继续步骤(3.7)，否则将该候选月球月盘作为初始粗拟合圆盘，不继续步骤(3.7)；

(3.7)统计所记录的落在每个候选月球圆盘所对应的圆环区域的边缘点数，将具有最大边缘点数所对应的月球圆盘作为初始粗拟合圆盘。

5.根据权利要求4所述的一种基于月球成像的光学成像系统焦距精确测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中得到高精度的亚像素级月球圆盘通过以下步骤实现：

(4.1)将步骤(3.6)或步骤(3.7)所获得的初始粗拟合圆盘所对应的圆环区域的边缘点，利用最小二乘法拟合圆盘，得到亚像素级月球圆盘；

(4.2)确定参与拟合的每个边缘点到亚像素级月球圆盘的距离，如果该距离大于设定的阈值，则去掉该边缘点，否则保留该边缘点；直至所有边缘点处理完成；

(4.3)将保留的所有边缘点利用最小二乘法拟合圆盘，得到新的亚像素级月球圆盘，重新执行步骤(4.2)，直到所有距离大于设定阈值的边缘点都去掉得到高精度的亚像素级月球圆盘。