CN113514054A - 一种星敏感器星点像斑检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星敏感器星点像斑检测方法及系统，在星敏感器所成图像上进行扫描，首先检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置，其次计算当前扫描像素邻域背景的灰度均值和灰度标准差值，进而得到自适应阈值，最后根据自适应阈值分割星点像斑灰度图像，满足一系列检测标准情况后则检测出星点像斑，逐行或者逐列扫描完所有像素位置后，检测出所有的星点像斑。本发明的优点是：实现简单，可以获得精准的局部阈值，避免整帧图像背景灰度分布不均匀造成的检测阈值失效造成的漏检和虚警情况可以准确筛除背景图像中的孤立噪声，并且检测出满足要求的星点像斑，获得更精准的分割阈值，使用的星点像斑检测标准逻辑简单，利于FPGA逻辑实现。

Description

一种星敏感器星点像斑检测方法及系统

技术领域

本发明天文导航技术领域，特别是一种星敏感器星点像斑检测方法及系统。

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。星敏感器首先要从拍摄的星图中将星点像斑检测出来，同时只允许少量虚警目标存在，而且还要规避图像背景灰度不均匀以及月亮、伴飞物等大尺寸斑目标的影响。

传统的星点像斑检测方法以整帧图像计算全局分割阈值，使用连通域检测完成星点像斑检测。全局分割阈值在处理背景灰度不均匀的星图时，对于处于不同位置的星点像斑全局分割阈值不是最精准的分割阈值，特别是针对月亮或伴飞物等大型斑目标检测时无法自适应提高阈值，造成虚惊和漏检。另一方面，传统的连通域检测算法逻辑较为复杂且计算量较大，不利于FPGA逻辑实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种星敏感器星点像斑检测方法，解决现有技术计算复杂信噪比较低,无法自适应提高阈值，造成虚惊和漏检的星点像斑检测问题。

有鉴于此，本发明提供一种星敏感器星点像斑检测方法，其特征在于，包括：

获取一帧星点像斑灰度图像，所述星点像斑灰度图像的像素分辨率M×N，行数为M，列数为N，逐行或者逐列扫描，设置扫描窗口的尺寸为q×q，q为奇数，0<q≤7，阈值计算窗口的尺寸为n×n邻域，n为奇数，15>n>q，扫描范围为：

对于所述扫描范围内的每一个像素位置，判断当前像素位置的灰度值是否为q×q邻域像素灰度值的最大值，如果判断为最大值，转入下一步，否则，继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置；

确定当前像素位置的灰度值为q×q邻域像素灰度值的最大值时，以当前扫描位置是q×q邻域像素灰度值的最大值所在的像素位置作为中心获取n×n窗口所覆盖的像素灰度值；

根据所述n×n窗口所覆盖的像素灰度值计算n×n窗口内所有像素的灰度均值和灰度标准差值，再利用灰度均值和灰度标准差值得到自适应阈值；

在q×q像素覆盖的领域内统计像素灰度值大于所述自适应阈值的像素个数，如果该像素个数不小于用户设定的检测阈值，则认为所扫描位置为星点像斑位置，否则，认为所扫描位置不为星点像斑位置，当前像素位置扫描结束。

进一步地，所述逐行或逐列扫描包括：利用所述扫描窗口在所述扫描范围内逐行或逐列对所述图像从起始像素位置扫描到结尾像素位置，获得当前扫描像素的灰度值。

进一步地，判断当前像素位置的灰度值，还包括：根据所述当前扫描像素的灰度值，检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置。

进一步地，还包括根据所述自适应阈值分割所述星点像斑灰度图像。

进一步地，还包括：继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置，直至遍历所述星点像斑灰度图像在扫描范围内的每一个像素位置。

本发明的另一目的在于提供一种星敏感器星点像斑检测系统，其特征在于，包括：

分析单元，用于获取一帧星点像斑灰度图像，所述星点像斑灰度图像的像素分辨率M×N，行数为M，列数为N，逐行或者逐列扫描，设置扫描窗口的尺寸为q×q，q为奇数，0<q≤7，阈值计算窗口的尺寸为n×n邻域，n为奇数，15>n>q，扫描范围为：

对于所述扫描范围内的每一个像素位置，判断当前像素位置的灰度值是否为q×q邻域像素灰度值的最大值，如果判断为最大值，转入下一步，否则，继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置；

获取单元，用于确定当前像素位置的灰度值为q×q邻域像素灰度值的最大值时，以当前扫描位置是q×q邻域像素灰度值的最大值所在的像素位置作为中心获取n×n窗口所覆盖的像素灰度值；

计算单元，用于根据所述n×n窗口所覆盖的像素灰度值计算n×n窗口内所有像素的灰度均值和灰度标准差值，再利用灰度均值和灰度标准差值得到自适应阈值；

确定单元，用于在q×q像素覆盖的领域内统计像素灰度值大于所述自适应阈值的像素个数，如果该像素个数不小于用户设定的检测阈值，则认为所扫描位置为星点像斑位置，否则，认为所扫描位置不为星点像斑位置，当前像素位置扫描结束。

进一步地，所述分析单元包括扫描模块，利用所述扫描窗口在所述扫描范围内逐行或逐列对所述图像从起始像素位置扫描到结尾像素位置，获得当前扫描像素的灰度值。

进一步地，所述分析单元还包括检测模块，用于根据所述当前扫描像素的灰度值，检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置。

进一步地，所述计算单元还包括分割模块，用于根据所述自适应阈值分割所述星点像斑灰度图像。

进一步地，还包括遍历单元，用于继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置，直至遍历所述星点像斑灰度图像在扫描范围内的每一个像素位置。

本发明实现了以下显著的有益效果：

实现简单，包括：首先检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置，其次计算当前扫描像素邻域背景的灰度均值和灰度标准差值，进而得到自适应阈值，最后根据自适应阈值分割星点像斑灰度图像，满足一系列检测标准的情况后即可认为是检测出的星点像斑。逐行或者逐列扫描完所有像素位置后，可检测出所有的星点像斑。以当前扫描像素灰度为q×q邻域最大值作为开始开窗检测的判定条件可以在不漏检真实星点像斑的情况下滤除绝大部分的图像处理过程，减少了图像处理计算量，提高了检测效率。检测窗口开窗后，以检测窗口中心n×n邻域以内的部分计算图像自适应阈值，可以获得精准的局部阈值，避免整帧图像背景灰度分布不均匀造成的检测阈值失效造成的漏检和虚警情况。根据检测星点像斑标准，可以准确筛除背景图像中的孤立噪声，并且检测出满足要求的星点像斑。本发明根据当前扫描像素邻域进行阈值计算，可以获得更精准的分割阈值，使用的星点像斑检测标准逻辑简单，利于FPGA逻辑实现。

附图说明

图1为本发明的一种星敏感器星点像斑检测方法的流程图；

图2为图1所示检测方法的实施例示意图；

图3为本发明的星点像斑检测窗口示意图。

具体实例方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。

虽然该发明可以以多种形式的修改和替换来扩展，说明书中也列出了一些具体的实施图例并进行详细阐述。应当理解的是，发明者的出发点不是将该发明限于所阐述的特定实施例，正相反，发明者的出发点在于保护所有给予由本权利声明定义的精神或范围内进行的改进、等效替换和修改。同样的元模块件号码可能被用于所有附图以代表相同的或类似的部分。

请参照图1，本发明的一种星敏感器星点像斑检测方法，包括：

步骤S101，获取一帧星点像斑灰度图像，所述星点像斑灰度图像的像素分辨率M×N，行数为M，列数为N，逐行或者逐列扫描，设置扫描窗口的尺寸为q×q，q为奇数，0<q≤7，阈值计算窗口的尺寸为n×n邻域，n为奇数，15>n>q，扫描范围为：

对于所述扫描范围内的每一个像素位置，判断当前像素位置的灰度值是否为q×q邻域像素灰度值的最大值，如果判断为最大值，转入下一步，否则，继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置；

步骤S102，确定当前像素位置的灰度值为q×q邻域像素灰度值的最大值时，以当前扫描位置是q×q邻域像素灰度值的最大值所在的像素位置作为中心获取n×n窗口所覆盖的像素灰度值；

步骤S103，根据所述n×n窗口所覆盖的像素灰度值计算n×n窗口内所有像素的灰度均值和灰度标准差值，再利用灰度均值和灰度标准差值得到自适应阈值；

步骤S104，在q×q像素覆盖的领域内统计像素灰度值大于所述自适应阈值的像素个数，如果该像素个数不小于用户设定的检测阈值，则认为所扫描位置为星点像斑位置，否则，认为所扫描位置不为星点像斑位置，当前像素位置扫描结束。

在本申请的一种实施例中，具体地，所述逐行或逐列扫描包括：利用所述扫描窗口在所述扫描范围内逐行或逐列对所述图像从起始像素位置扫描到结尾像素位置，获得当前扫描像素的灰度值。

在本申请的一种实施例中，具体地，判断当前像素位置的灰度值，还包括：根据所述当前扫描像素的灰度值，检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置。

在本申请的一种实施例中，具体地，还包括根据所述自适应阈值分割所述星点像斑灰度图像。

在本申请的一种实施例中，具体地，还包括：继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置，直至遍历所述星点像斑灰度图像在扫描范围内的每一个像素位置。

本发明的另一目的在于提供一种星敏感器星点像斑检测系统，包括：

分析单元，用于获取一帧星点像斑灰度图像，所述星点像斑灰度图像的像素分辨率M×N，行数为M，列数为N，逐行或者逐列扫描，设置扫描窗口的尺寸为q×q，q为奇数，0<q≤7，阈值计算窗口的尺寸为n×n邻域，n为奇数，15>n>q，扫描范围为：

对于所述扫描范围内的每一个像素位置，判断当前像素位置的灰度值是否为q×q邻域像素灰度值的最大值，如果判断为最大值，转入下一步，否则，继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置；

获取单元，用于确定当前像素位置的灰度值为q×q邻域像素灰度值的最大值时，以当前扫描位置是q×q邻域像素灰度值的最大值所在的像素位置作为中心获取n×n窗口所覆盖的像素灰度值；

计算单元，用于根据所述n×n窗口所覆盖的像素灰度值计算n×n窗口内所有像素的灰度均值和灰度标准差值，再利用灰度均值和灰度标准差值得到自适应阈值；

确定单元，用于在q×q像素覆盖的领域内统计像素灰度值大于所述自适应阈值的像素个数，如果该像素个数不小于用户设定的检测阈值，则认为所扫描位置为星点像斑位置，否则，认为所扫描位置不为星点像斑位置，当前像素位置扫描结束。

在本申请的一种实施例中，具体地，所述分析单元包括扫描模块，利用所述扫描窗口在所述扫描范围内逐行或逐列对所述图像从起始像素位置扫描到结尾像素位置，获得当前扫描像素的灰度值。

在本申请的一种实施例中，具体地，所述分析单元还包括检测模块，用于根据所述当前扫描像素的灰度值，检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置。

在本申请的一种实施例中，具体地，所述计算单元还包括分割模块，用于根据所述自适应阈值分割所述星点像斑灰度图像。

在本申请的一种实施例中，具体地，还包括遍历单元，用于继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置，直至遍历所述星点像斑灰度图像在扫描范围内的每一个像素位置。

请参照图2，本发明的方法包括：扫描灰度极值点，对于所述扫描范围内的每一个像素位置，判断当前像素位置的灰度值是否为q×q邻域像素灰度值的最大值，如果判断为最大值则得到一个灰度极值点，转入下一步，否则，继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置。

作为具体的实施例，确定当前像素位置的灰度值为q×q邻域像素灰度值的最大值时，以当前扫描位置是q×q邻域像素灰度值的最大值所在的像素位置作为中心获取n×n窗口所覆盖的像素灰度值。

作为具体的实施例，计算自适应阈值，以所述灰度极值点位置为中心开n×n窗口作为星点像斑检测窗口，在所述星点像斑检测窗口内统计灰度均值：

其中g_ij为星点像斑检测窗口中位置为(i,j)的像素灰度值。

在所述窗口内统计灰度标准差：

根据所述灰度均值和灰度标准差计算自适应阈值。

g_thd＝avg+k·σ

其中k为用户设定的参数，k≥1。

作为具体的实施例，根据所述n×n窗口所覆盖的像素灰度值计算n×n窗口内所有像素的灰度均值和灰度标准差值，再利用灰度均值和灰度标准差值得到自适应阈值；

作为具体的实施例，在q×q像素覆盖的领域内统计像素灰度值大于所述自适应阈值的像素个数，如果该像素个数不小于用户设定的检测阈值，则认为所扫描位置为星点像斑位置，否则，认为所扫描位置不为星点像斑位置，当前像素位置扫描结束。

本发明在星敏感器所成图像上进行扫描，首先检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置，其次计算当前扫描像素邻域背景的灰度均值和灰度标准差值，进而得到自适应阈值，最后根据自适应阈值分割星点像斑灰度图像，满足一系列检测标准的情况后即可认为是检测出的星点像斑。逐行或者逐列扫描完所有像素位置后，可检测出所有的星点像斑。

根据本发明实施例的一方面，本发明的一种星敏感器星点像斑检测方法的具体步骤为：

第一步 确定检测窗口开窗位置

如果当前扫描像素灰度是其3×3邻域灰度最大值，则当前扫描像素位置即开窗位置，否则开始扫描下一个像素。

第二步 确定星点像斑检测窗口

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，n典型值为15，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：

星点像斑检测窗口如图3所示。

第三步 计算自适应阈值

计算图3中灰色区域部分的灰度均值g_mean和标准差值σ，然后计算自适应阈值，所述自适应阈值为图像分割阈值：

g_thd＝g_mean+4σ (1)

第四步 检测星点像斑标准

统计当前扫描像素3×3邻域中灰度大于分割阈值g_thd的像素个数m，如果m大于3则认为当前扫描像素3×3邻域为星点像斑，否则不是星点像斑。

以当前扫描像素灰度为3×3邻域最大值作为开始开窗检测的判定条件可以在不漏检真实星点像斑的情况下滤除绝大部分的图像处理过程，减少了图像处理计算量，提高了检测效率。检测窗口开窗后，以检测窗口中心5×5邻域以外的部分计算图像分割阈值，可以获得精准的局部阈值，避免整帧图像背景灰度分布不均匀造成的检测阈值失效造成的漏检和虚警情况。根据检测星点像斑标准，可以准确筛除背景图像中的孤立噪声，并且检测出满足要求的星点像斑。

从以上描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下的技术效果：

实现简单，包括：首先检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置，其次计算当前扫描像素邻域背景的灰度均值和灰度标准差值，进而得到自适应阈值，最后根据自适应阈值分割星点像斑灰度图像，满足一系列检测标准的情况后即可认为是检测出的星点像斑。逐行或者逐列扫描完所有像素位置后，可检测出所有的星点像斑。以当前扫描像素灰度为q×q邻域最大值作为开始开窗检测的判定条件可以在不漏检真实星点像斑的情况下滤除绝大部分的图像处理过程，减少了图像处理计算量，提高了检测效率。检测窗口开窗后，以检测窗口中心n×n邻域以内的部分计算图像自适应阈值，可以获得精准的局部阈值，避免整帧图像背景灰度分布不均匀造成的检测阈值失效造成的漏检和虚警情况。根据检测星点像斑标准，可以准确筛除背景图像中的孤立噪声，并且检测出满足要求的星点像斑。本发明根据当前扫描像素邻域进行阈值计算，可以获得更精准的分割阈值，使用的星点像斑检测标准逻辑简单，利于FPGA逻辑实现。

以上描述了本发明的技术构思及根据本发明技术构思的实施例。本领域技术人员在阅读说明书及实践这里给出的实施例后，将容易想到本发明的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化。这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未说明的本领域中的公知常识或者惯用技术手段。说明书和实施例仅为示例性的，本发明的保护范围由权利要求限定。应当理解，本发明并不局限于上面已经描述及在附图中示出的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请公开的范围内进行各种修改和变型。

Claims (10)

1.一种星敏感器星点像斑检测方法，其特征在于，包括：

获取一帧星点像斑灰度图像，所述星点像斑灰度图像的像素分辨率M×N，行数为M，列数为N，逐行或者逐列扫描，设置扫描窗口的尺寸为q×q，q为奇数，0<q≤7，阈值计算窗口的尺寸为n×n邻域，n为奇数，15>n>q，扫描范围为：

对于所述扫描范围内的每一个像素位置，判断当前像素位置的灰度值是否为q×q邻域像素灰度值的最大值，如果判断为最大值，转入下一步，否则，继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置；

确定当前像素位置的灰度值为q×q邻域像素灰度值的最大值时，以当前扫描位置是q×q邻域像素灰度值的最大值所在的像素位置作为中心获取n×n窗口所覆盖的像素灰度值；

根据所述n×n窗口所覆盖的像素灰度值计算n×n窗口内所有像素的灰度均值和灰度标准差值，再利用灰度均值和灰度标准差值得到自适应阈值；

在q×q像素覆盖的领域内统计像素灰度值大于所述自适应阈值的像素个数，如果该像素个数不小于用户设定的检测阈值，则认为所扫描位置为星点像斑位置，否则，认为所扫描位置不为星点像斑位置，当前像素位置扫描结束。

2.根据权利要求1所述的星敏感器星点像斑检测方法，其特征在于，所述逐行或逐列扫描包括：利用所述扫描窗口在所述扫描范围内逐行或逐列对所述图像从起始像素位置扫描到结尾像素位置，获得当前扫描像素的灰度值。

3.根据权利要求2所述的星敏感器星点像斑检测方法，其特征在于，判断当前像素位置的灰度值，还包括：根据所述当前扫描像素的灰度值，检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置。

4.根据权利要求1所述的星敏感器星点像斑检测方法，其特征在于，还包括根据所述自适应阈值分割所述星点像斑灰度图像。

5.根据权利要求1所述的星敏感器星点像斑检测方法，其特征在于，还包括：继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置，直至遍历所述星点像斑灰度图像在扫描范围内的每一个像素位置。

6.一种星敏感器星点像斑检测系统，其特征在于，包括：

分析单元，用于获取一帧星点像斑灰度图像，所述星点像斑灰度图像的像素分辨率M×N，行数为M，列数为N，逐行或者逐列扫描，设置扫描窗口的尺寸为q×q，q为奇数，0<q≤7，阈值计算窗口的尺寸为n×n邻域，n为奇数，15>n>q，扫描范围为：

对于所述扫描范围内的每一个像素位置，判断当前像素位置的灰度值是否为q×q邻域像素灰度值的最大值，如果判断为最大值，转入下一步，否则，继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置；

获取单元，用于确定当前像素位置的灰度值为q×q邻域像素灰度值的最大值时，以当前扫描位置是q×q邻域像素灰度值的最大值所在的像素位置作为中心获取n×n窗口所覆盖的像素灰度值；

计算单元，用于根据所述n×n窗口所覆盖的像素灰度值计算n×n窗口内所有像素的灰度均值和灰度标准差值，再利用灰度均值和灰度标准差值得到自适应阈值；

确定单元，用于在q×q像素覆盖的领域内统计像素灰度值大于所述自适应阈值的像素个数，如果该像素个数不小于用户设定的检测阈值，则认为所扫描位置为星点像斑位置，否则，认为所扫描位置不为星点像斑位置，当前像素位置扫描结束。

7.根据权利要求6所述的星敏感器星点像斑检测系统，其特征在于，所述分析单元包括扫描模块，利用所述扫描窗口在所述扫描范围内逐行或逐列对所述图像从起始像素位置扫描到结尾像素位置，获得当前扫描像素的灰度值。

8.根据权利要求7所述的星敏感器星点像斑检测系统，其特征在于，所述分析单元还包括检测模块，用于根据所述当前扫描像素的灰度值，检测当前扫描像素灰度邻域灰度最大值的像素位置。

9.根据权利要求6所述的星敏感器星点像斑检测系统，其特征在于，所述计算单元还包括分割模块，用于根据所述自适应阈值分割所述星点像斑灰度图像。

10.根据权利要求6所述的星敏感器星点像斑检测系统，其特征在于，还包括遍历单元，用于继续在所述扫描范围内扫描下一个像素位置，直至遍历所述星点像斑灰度图像在扫描范围内的每一个像素位置。

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