CN109493382B - 一种基于像元内响应的恒星高精度位置提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于像元内响应的恒星高精度位置提取方法，根据像元内响应分布，建立点目标位置与像元灰度之间的关系，实现恒星的高精度位置提取。其位置提取步骤是：1.对获得的图像进行去除背景和非均匀校正等处理。2.选取像元灰度值最大的十帧图像，根据像元的填充因子，求出该恒星目标经过光学系统后的能量分布函数。3.根据能量分布函数和像元填充因子得到一系列恒星目标在不同位置时的像元灰度值，并通过内插值的方法建立恒星位置与像元灰度的查找表。4.根据像元的灰度值，查找对应的像元位置，由于能量分布和像元响应的对称性，得到几组像元位置。5.使用质心法从步骤4中得到的几组像元位置中选出恒星位置。

Description

一种基于像元内响应的恒星高精度位置提取方法
技术领域
本发明属于空间光电遥感探测领域运动恒星位置提取方向，结合像元填充因子对恒星进行高精度位置提取，在空间遥感探测等领域有应用前景。
背景技术
对远距离目标的探测时，目标通常在像面上以点目标的形式出现，成像小于单个像元，由于焦平面成像阵列像素分辨率的限制，定位精度为单个像元。为了提高目标的定位精度，还需要进一步的计算。
由于像元的填充因子小于1，像元内响应的分布不均匀，目标成像在像元不同位置时，像元接收到的能量不同。接收到的能量差异会对使用传统的质心法进行点目标位置提取过程引入误差。在对恒星进行观测时，由于恒星相对于相机的距离不变，可认为像元灰度的变化是由恒星运动产生的。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于像元内响应的高精度恒星位置提取方法。
本发明所采用的技术方案是：根据高斯函数和像元填充因子建立点目标位置和像元灰度对应表，通过查找表和质心法得到恒星在像元的位置(x,y)。
与现有技术相比，本发明的特点是在利用像元灰度值进行恒星位置提取时，考虑了像元内响应不均匀对像元灰度值的影响。
一种基于像元内响应的恒星高精度位置提取方法，步骤如下：
步骤1：对图像进行预处理，包括去除背景和非均匀校正两个步骤。根据已有的黑体定标数据计算各个像元的非均匀校正系数，记为K(i,j)，i，j分别是该像元在探测器上所处的行列坐标，像元的背景灰度为Backgoung(i，j)。DN(i，j)是经过图像预处理后坐标为(i，j)像元的灰度数据，DN’(i,j)为原始像元灰度数据。
DN(i,j)＝((DN’(i,j)–Background(i，j))·K(i,j))
步骤2：恒星经光学系统成像后，可用高斯函数描述其能量分布。由于像元内响应的差异，当目标在单个像元上移动时，像元的灰度值发生变化，在多帧图像中找出单个像元灰度值最大的十帧，根据像元内感光区域的长和宽，通过反卷积的方法得到高斯函数的参数δ。在单个像元中，感光区域对光的响应系数为1，其他区域响应系数为0。单个像元的响应表示为pixresponse，其中，a和b分别是感光区域的长和宽，D为待探测的像元区域。g是恒星目标经过光学系统后的能量分布，A是点目标成像在像元中心时的能量，δ为标准差，x，y分别是探测器上某点的横纵坐标，xo，yo分别是光斑中心在探测器上的横纵坐标，r是像元上的某点到光斑中心的距离。B是探测器的平均响应，I是该像元的灰度值。
Figure GDA0003111562500000021
Figure GDA0003111562500000022
I＝B∫∫D g·pixresponse dxdy
步骤3：根据步骤2得到的高斯函数以及像元的填充因子得到像元灰度分布随点目标位置移动的关系。
步骤4：通过步骤3中的关系，根据像元的灰度值，通过查表法得到恒星在像元内的位置。由于像元内响应和能量分布的对称性，得到多组位置。
步骤5：根据质心法的公式(如下)，求出一组(x′,y′)，以像元中心为原点，建立平面直角坐标系，判断(x′,y′)在单个像元所处的象限。从步骤4中所得的坐标中处于该象限的坐标，即为恒星的位置(x，y)。
Figure GDA0003111562500000031
Figure GDA0003111562500000032
附图说明
图1为基于像元内响应的恒星高精度位置提取方法的具体步骤。
图2为根据步骤3得到的像元随点目标位置移动的灰度分布。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
步骤1：对图像进行预处理，去除背景和非均匀校正。根据已有的黑体定标数据计算各个像元的非均匀校正系数，记为K(i,j)，i，j分别是该像元在探测器上的横纵坐标。背景为Backgoung(i，j)。DN(i，j)是经过处理后坐标为(i，j)的像元灰度值，DN’(i,j)为原始像元灰度数据。
DN(i,j)＝((DN’(i,j)–Background(i，j))·K(i,j))
步骤2：点目标经光学系统成像后，可用高斯函数描述其能量分布。由于像元内响应的差异，当目标在单个像元上移动时，像元的灰度值也有一定的变化，在多帧图像中找出单个像元灰度值最大的十帧，根据像元内感光区域的长和宽，通过反卷积的方法得到高斯函数的参数δ。在单个像元中，感光区域对光的响应系数为1，其他区域响应系数为0。单个像元的响应表示为pixresponse，其中，a和b分别是感光区域的长和宽，D为待探测的像元区域。g是恒星目标经过光学系统后的能量分布，A是点目标成像在像元中心时的能量，δ为标准差，x，y分别是探测器上某点的横纵坐标，xo，yo分别是光斑中心在探测器上的横纵坐标，r是像元上的某点到光斑中心的距离。B是探测器的平均响应，I是该像元的灰度值。
Figure GDA0003111562500000041
Figure GDA0003111562500000042
I＝B∫∫D g·pixresponse dxdy
步骤3：根据步骤2成像的高斯函数以及像元的填充因子得到像元灰度分布随点目标位置移动的关系。
步骤4：通过步骤3中的关系，根据像元的灰度值，通过查表法得到恒星在像元内的位置。由于像元响应和能量分布的对称性，得到的位置大于一组。
步骤5：根据质心法的公式(如下)，求出一组(x′,y′)，以灰度最大的像元中心为原点，建立平面直角坐标系，判断(x′,y′)在这个像元所处的象限。
从步骤4中所得的坐标中处于该象限的坐标，即为点目标的位置。
Figure GDA0003111562500000043
Figure GDA0003111562500000044

Claims (1)

1.一种基于像元内响应的恒星高精度位置提取方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：对图像进行预处理，包括去除背景和非均匀校正两个步骤，根据已有的黑体定标数据计算各个像元的非均匀校正系数，记为K(i,j)，i，j分别是该像元在探测器上的横纵坐标，像元的背景灰度为Backgoung(i，j)，DN(i，j)是经过图像预处理后坐标为(i，j)的像元灰度数据，DN’(i,j)为原始像元灰度数据，
DN(i,j)＝((DN’(i,j)–Background(i，j))·K(i,j))
步骤2：恒星经光学系统成像后，可用高斯函数描述其能量分布，由于像元内响应的差异，当目标在单个像元上移动时，像元的灰度值发生变化，在多帧图像中找出单个像元灰度值最大的十帧，根据像元内感光区域的长和宽，通过反卷积的方法得到高斯函数的参数δ；在单个像元中，感光区域对光的响应系数为1，其他区域响应系数为0；单个像元的响应表示为pixresponse，其中，a和b分别是感光区域的长和宽，D为待探测的像元区域；g是恒星目标经过光学系统后的能量分布，A是点目标成像在像元中心时的能量，δ为标准差，x，y分别是探测器上某点的横纵坐标，xo，yo分别是光斑中心在探测器上的横纵坐标，r是像元上的某点到光斑中心的距离，B是探测器的平均响应，I是该像元的灰度值；
Figure FDA0003111562490000011
Figure FDA0003111562490000012
I＝B∫∫Dg·pixresponse dxdy
步骤3：根据步骤2得到的高斯函数以及像元的填充因子得到像元灰度分布随点目标位置移动的关系；
步骤4：通过步骤3中的关系，根据像元的灰度值，通过查表法得到恒星在像元内的位置，由于像元内响应和能量分布的对称性，得到的位置大于一组；
步骤5：根据如下的质心法公式，求出一组坐标(x′,y′)，以像元中心为原点，建立平面直角坐标系，判断恒星目标在单个像元内所处的象限，从步骤4中所得的坐标中选出处于该象限的坐标，即为恒星在像元中的位置；
Figure FDA0003111562490000021
Figure FDA0003111562490000022
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