CN109443381B - 一种星敏感器质心精度自适应补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星敏感器质心精度自适应补偿方法，包括：步骤一，确定星点窗口区域；步骤二，计算窗口区域质心；步骤三，计算自适应补偿参数；步骤四，修正窗口区域质心。以星点像斑灰度值最高的像元为中心获取窗口区域图像，计算窗口区域的灰度质心，通过窗口中心邻域的灰度比例关系计算自适应补偿参数，利用补偿参数修正窗口区域的灰度质心。本发明方法通过计算自适应补偿参数并修正质心，来提高星点像斑质心计算精度的问题，获取更高的质心定位精度。

Description

一种星敏感器质心精度自适应补偿方法

技术领域

本发明涉及一种质心精度自适应补偿方法，特别是一种星敏感器质心精度自适应补偿方法。

背景技术

星敏感器是天文导航技术的一种，通过对恒星星空的拍摄和测量，结合恒星在天球坐标系的位置信息，解算出星敏感器光轴在天球坐标系下的矢量方向，进而获取星敏感器所处飞行平台姿态信息。星敏感器是高精度姿态测量设备，其测量精度可达1角秒量级。星敏感器在拍摄恒星成像时，每颗恒星都会在星敏感器成像面形成星点像斑，像斑尺寸覆盖若干像元，为了精确定位星点像斑位置，获取亚像元精度，需要计算星点像斑的质心位置。星点像斑的质心定位精度直接决定了星敏感器的最终测量精度，是一项非常关键的指标。

传统的亚像元星点质心定位方法主要有：一是普通质心法，以像素灰度值作为唯一权重因子进行质心定位；二是平方加权质心法，采用灰度值的平方代替灰度值作为权重因子，突出了离中心较近的灰度值像素点对中心位置的影响；三是带阈值的质心法，将原始图像与背景阈值相减，对原始图像中大于设定阈值的像素点进行质心定位；四是曲面拟合法，用高斯曲面对星点像斑的灰度分布进行拟合，再对拟合曲线采用最小二乘法求出质心的位置坐标。这些方法中以带阈值的质心法精度最高，但是其质心计算精度和星点像斑理论质心在成像面上所处位置相关，当理论质心处于某像素正中心时，质心计算精度最高，随着理论质心移动到像素结合处，质心计算精度逐渐变低，需要某种方法进行补偿。

发明内容

本发明目的在于提供一种星敏感器质心精度自适应补偿方法，解决提高传统质心定位精度的问题。

本发明提供的是一种星敏感器质心精度自适应补偿方法，包括：

步骤一，确定星点窗口区域；

步骤二，计算窗口区域质心；

步骤三，计算自适应补偿参数；

步骤四，修正窗口区域质心。

优选地，所述步骤一中，设星点像斑中灰度最大的像元位置为(x₀,y₀)，以(x₀,y₀)为中心，以n为半径，选取星点的窗口区域记为W，则窗口区域W内的任意像素位置(x,y)满足：

优选地，所述步骤2中计算窗口区域质心，

窗口区域内位置(x,y)的像素灰度为g(x,y)，计算x方向窗口区域灰度累加和：

计算y方向窗口区域灰度累加和：

优选地，所述步骤2中计算窗口区域质心，

计算窗口区域x方向灰度质心：

计算窗口区域y方向灰度质心：

优选地，所述步骤3中计算自适应补偿参数，

计算x方向窗口质心补偿参数：

其中k为修正参数，跟星敏感器的星点像斑成像质量相关，需要通过标定测出。

优选地，所述步骤3中计算自适应补偿参数，

计算y方向窗口质心补偿参数：

其中k为修正参数，跟星敏感器的星点像斑成像质量相关，需要通过标定测出。

优选地，所述步骤4中修正窗口区域质心：

x′_zx＝x_zx+Δx_zx (8)

优选地，所述步骤4中修正窗口区域y方向质心：

y′_zx＝y_zx+Δy_zx (9)

优选地，所述第四步自适应补偿参数的计算方法。

优选地，本发明还涉及一种星点像斑质心精度自适应补偿方法，包括：星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块、窗口区域质心计算模块和自适应补偿参数计算模块；

所述星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块、所述窗口区域质心计算模块和所述自适应补偿参数计算模块顺次连通；所述星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块确定灰度值最高的像元及其窗口区域，窗口区域质心计算模块分别计算窗口区域x方向、y方向质心，所述自适应补偿参数计算模块依据窗口中心邻域的灰度比例关系计算自适应补偿参数并修正各自方向质心，从而完成星点像斑质心定位及补偿。

综上所述，采用了上述技术方案，本发明方法通过计算自适应补偿参数并修正质心，来提高计算精度的问题，获取更高的质心定位精度。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的一种星敏感器质心精度自适应补偿方法的流程图；

图2为本发明的一个实施例的x方向移动质心测量误差；

图3为本发明的一个实施例的y方向移动质心测量误差；

图4为本发明的一个实施例的x、y方向同时移动质心测量误差。

具体实施方式

下面结合附图说明根据本发明的具体实施方式。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。

图1为本发明的一个实施例的一种星敏感器质心精度自适应补偿方法的流程图；图2为本发明的一个实施例的x方向移动质心测量误差；图3为本发明的一个实施例的y方向移动质心测量误差；图4为本发明的一个实施例的x、y方向同时移动质心测量误差。

本发明为一种星敏感器质心精度自适应补偿方法的具体步骤为：

第一步，确定星点窗口区域。

设星点像斑中灰度最大的像元位置为(x₀,y₀)，以(x₀,y₀)为中心，以n为半径，选取星点的窗口区域记为W，则窗口区域W内的任意像素位置(x,y)满足：

第二步，计算窗口区域质心。

窗口区域内位置(x,y)的像素灰度为g(x,y)，计算x方向窗口区域灰度累加和：

计算y方向窗口区域灰度累加和：

计算窗口区域x方向灰度质心：

计算窗口区域y方向灰度质心：

第三步，计算自适应补偿参数。

计算x方向窗口质心补偿参数：

计算y方向窗口质心补偿参数：

其中k为修正参数，跟星敏感器的星点像斑成像质量相关，需要通过标定测出。

第四步，修正窗口区域质心。

修正窗口区域x方向质心：

x′_zx＝x_zx+Δx_zx (8)

修正窗口区域y方向质心：

y′_zx＝y_zx+Δy_zx (9)

一种星敏感器质心精度自适应补偿方法，包括：星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块、窗口区域质心计算模块和自适应补偿参数计算模块；星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块、窗口区域质心计算模块和自适应补偿参数计算模块顺次连通；其中星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块确定灰度值最高的像元及其窗口区域，窗口区域质心计算模块分别计算窗口区域x方向、y方向质心，自适应补偿参数计算模块依据窗口中心邻域的灰度比例关系计算自适应补偿参数并修正各自方向质心，从而完成星点像斑质心定位及补偿，提高质心定位精度。

利用本方法对某星敏感器进行星点像斑质心定位测试，测试结果为：

仅移动x方向，y方向质心保持不变，移动范围为从一个像元中心移动到下一个像元中心，星点像斑测量误差如图2所示，测量结果如表1所示：

表1 x方向移动质心测量结果

依据表1可以看出，当仅x方向移动质心时，x方向质心误差补偿后相对于补偿前大幅度减小，y方向质心误差略有增大，是由于补偿参数计算结果因灰度噪声影响，在修正质心时引入了一个弱小的随机噪声，对于不需要精度补偿的方向精度会稍微变差。

仅移动y方向，x方向质心保持不变，移动范围为从一个像元中心移动到下一个像元中心，星点像斑测量误差如图3所示，测量结果如表2所示：

表2 y方向移动质心测量结果

依据表2可以看出，当仅y方向移动质心时，y方向质心误差补偿后相对于补偿前大幅度减小，x方向质心误差略有增大。

以相同的速率同时移动x、y方向，移动范围为从一个像元中心移动到下一个像元中心，星点像斑测量误差如图4所示，测量结果如表3所示：

表3 x、y方向同时移动质心测量结果

依据表3可以看出，当仅x、y方向移动质心时，方向质心误差补偿后相对于补偿前大幅度减小。

综上所述，本发明方法可以有效补偿传统质心定位精度，减小质心定位误差。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种星敏感器质心精度自适应补偿方法，其特征在于，包括：

步骤一，确定星点窗口区域；设星点像斑中灰度最大的像元位置为(x₀,y₀)，以(x₀,y₀)为中心，以n为半径，选取星点的窗口区域记为W，则窗口区域W内的任意像素位置(x,y)满足：

步骤二，计算窗口区域质心；窗口区域内位置(x,y)的像素灰度为g(x,y)，计算x方向窗口区域灰度累加和：

计算y方向窗口区域灰度累加和：

计算窗口区域x方向灰度质心：

计算窗口区域y方向灰度质心：

步骤三，计算自适应补偿参数；

计算x方向窗口区域质心补偿参数：

计算y方向窗口区域质心补偿参数：

其中k为修正参数，跟星敏感器的星点像斑成像质量相关，需要通过标定测出；

步骤四，修正窗口区域质心；

修正窗口区域x方向质心：

x’_zx＝x_zx+Δx_zx (8)；

修正窗口区域y方向质心：

y’_zx＝y_zx+Δy_zx (9)；

所述星敏感器质心精度自适应补偿方法还包括：星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块、窗口区域质心计算模块和自适应补偿参数计算模块；

所述星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块、所述窗口区域质心计算模块和所述自适应补偿参数计算模块顺次连通；所述星点像斑灰度最高像元窗口区域确定模块确定灰度值最高的像元及其窗口区域，窗口区域质心计算模块分别计算窗口区域x方向、y方向质心，所述自适应补偿参数计算模块依据窗口中心邻域的灰度比例关系计算自适应补偿参数并修正各自方向质心，从而完成星点像斑质心定位及补偿。

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