一种星相机星点检测方法及系统与流程

本发明涉及一种星相机星点检测方法及系统，属于航天光学遥感技术领域，应用于高分辨率对地观测遥感相机姿态测量。

背景技术：

提高遥感影像的几何定位精度是高分辨率遥感应用的基础，实现高精度几何定位，首要的工作是检校和补偿高分辨率遥感相机的系统误差。星相机作为星上姿态控制系统中姿态测量精度最高的测量部件，实践中常用标校遥感相机和星相机之间的姿态关系矩阵实现系统误差的补偿，并通过遥感相机和星相机主光轴之间交联角来直观反映。

随着遥感相机分辨率越来越高，这也对星相机的姿态测量精度提出了更高的要求。通常会采用减小星相机视场，提高光学系统灵敏度，扩大探测器像素规模的设计方式来获得较高的测量精度。扩大探测器像素规模会使像素数成倍增加，这直接影响星相机星点检测效率。工程中应用较多的星点检测方法为阈值法，通过设定背景阈值的方法将背景与目标分离开，其中固定阈值法由于阈值固定，不能很好适应温度变化、杂光带来的背景噪声变化，应用较少；而动态阈值法具有很强的灵活性，主要根据实时得到的图像数据进行阈值的计算，由于需要统计整幅图像所有像素，运算量较大，影响系统实时性。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种星相机星点检测方法及系统，解决固定阈值法不能很好适应环境变化、动态阈值法计算量大等问题，提高了星相机星点检测效率。

本发明的技术方案是：

1、一种星相机星点检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)在积分时间内连续采集多帧图像，将采集得到的多帧图像同一位置的像素进行累加处理，作为探测器暗电流基准图像；

2)间隔时间t后，在积分时间内连续采集多帧图像，将采集得到的多帧图像同一位置的像素进行累加处理，获得待补偿图像，将待补偿图像中每个像素的像素值与探测器暗电流基准图像中每个像素的像素值做差，获得目标图像；

3)在目标图像上选取待检测像素域，检测待检测像素域是否为星点；

4)选取不同的待检测像素域，重复步骤3)，直至分析完目标图像所有的待检测像素域，完成星点检测。

所述待检测像素域为4*4像素域，且4*4像素域划分为第一象限像素域至第四象限像素域，以及中心像素域。

所述4*4像素域划分为第一象限像素域至第四象限像素域，以及中心像素域的方法为：将4*4像素域划分为四个象限，每个象限中有一个2*2的像素域，定义第一象限内的2*2像素域为第一象限像素域，定义第二象限内的2*2像素域为第二象限像素域，定义第三象限内的2*2像素域为第三象限像素域，定义第四象限内的2*2像素域为第四象限像素域，4*4像素域中心的4个像素定义为中心像素域。

所述检测待检测像素域是否为星点的方法为：满足每个2*2像素域内的4个像素的像素值之和均小于无效像素阈值h，且中心像素域的4个像素的像素值之和大于星点灵敏度阈值h；中心像素域的4个像素至少有2个像素的像素值大于星点灵敏度阈值m，且至少满足下列条件中的一个条件：

a)在所有2*2像素域中，中心像素域的像素值之和最大；

b)第一象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第二象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h；

c)第二象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第一象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h。

所述无效像素阈值h为像素饱和值的95％，星点灵敏度阈值h为星相机全遮光条件下8～12倍图像噪声；星点灵敏度阈值m为星相机全遮光条件下4～6倍图像噪声。

所述间隔时间t＝1/f，其中f为星相机工作帧频。

所述将待补偿图像中每个像素的像素值与探测器暗电流基准图像中每个像素的像素值做差的方法为：待补偿图像中每个像素的像素值减去探测器暗电流基准图像同一位置像素的像素值，像素差值大于等于0，则像素差值保留，像素差值小于0进行则像素差值置零。

一种星相机星点检测系统包括图像采集模块、图像处理模块、星点检测模块；

图像采集模块在积分时间内连续采集多帧图像，将采集得到的图像同一位置的像素进行累加处理，作为探测器暗电流基准图像；间隔时间t后，在积分时间内连续采集多帧图像，将采集得到的多帧图像同一位置的像素进行累加处理，获得待补偿图像；

图像处理模块将待补偿图像中每个像素的像素值与探测器暗电流基准图像中每个像素的像素值做差，获得目标图像；

星点检测模块在目标图像上选取待检测像素域，根据比较准则，检测待检测像素域是否为星点；然后获取新的待检测像素域，继续对新的待检测像素域进行星点检测，直至检测完目标图像所有的待检测像素域，完成星点检测。

所述待检测像素域为4*4像素域，且将4*4像素域划分为四个象限，每个象限中有一个2*2的像素域，定义第一象限内的2*2像素域为第一象限像素域，定义第二象限内的2*2像素域为第二象限像素域，定义第三象限内的2*2像素域为第三象限像素域，定义第四象限内的2*2像素域为第四象限像素域，4*4像素域中心的4个像素定义为中心像素域。

所述检测待检测像素域是否为星点的方法为：满足每个2*2像素域内的4个像素的像素值之和均小于无效像素阈值h，且中心像素域的4个像素的像素值之和大于星点灵敏度阈值h；中心像素域中4个像素至少有2个像素的像素值大于星点灵敏度阈值m，且至少满足下列条件中的一个条件：

d)在所有2*2像素域中，中心像素域的像素值之和最大；

e)第一象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第二象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h；

f)第二象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素值之和大于星点灵敏度阈值h，第一象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素值之和小于等于星点灵敏度阈值h。

其中，无效像素阈值h为像素饱和值的95％，星点灵敏度阈值h为星相机全遮光条件下8～12倍图像噪声；星点灵敏度阈值m为星相机全遮光条件下4～6倍图像噪声。

所述间隔时间t＝1/f，其中f为星相机工作帧频。

所述将待补偿图像中每个像素的像素值与探测器暗电流基准图像中每个像素的像素值做差的方法为：待补偿图像中每个像素的像素值减去探测器暗电流基准图像同一位置像素的像素值，像素差值大于等于0，则像素差值保留，差值小于0进行则像素差值置零。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本星点检测方法，灵敏度阈值通过实验室定标确定，非实时计算，不消耗处理器运算时间，有利于提高星点检测效率；

2)本星点检测方法星点检测过程计算量少，仅存在加减运算和大小比较，易于硬件实现，因此识别效率高；

3)本星点检测方法采用多帧累加提高图像信噪比，补偿探测器暗电流处理过程，大大降低噪声影响，可以探测到更低星等，增加检测到的星等数目，适用工程化应用于高精度星相机研制过程，提高星相机姿态测量精度。

附图说明

图1是本发明中涉及的星相机星点检测方法流程图；

图2是多帧图像累加过程示意图；

图3是4*4像素区域示意图。

具体实施方式

一种星相机星点检测方法及系统，如图1所示，系统模块包括：图像采集、图像处理和星点检测。

所述图像采集模块：如图2所示，在积分时间内连续采集多帧图像，通常n取3或4帧，并进行累加处理，提高图像信噪比，获得第一幅图像f1。

所述图像处理：将第一幅图像f1作为补偿探测器暗电流基准图像d。间隔时间t后，在积分时间内连续采集多帧图像，将采集得到的多帧图像同一位置的像素进行累加处理，获得第二幅图像f2，间隔时间t＝1/f，其中f为星相机工作帧频。将第二幅图像与第一幅图像做差进行暗电流补偿，降低暗电流影响，获得目标图像s，即s＝f2-d，对目标图像s进行反饱和处理，若像素差值大于等于0，则像素差值保留，差值小于0进行则像素差值置零。

所述星点检测模块：如图3所示，将4*4像素域划分为四个象限，每个象限中有一个2*2的像素域，定义第一象限内的2*2像素域为第一象限像素域s2，定义第二象限内的2*2像素域为第二象限像素域s1，定义第三象限内的2*2像素域为第三象限像素域s3，定义第四象限内的2*2像素域为第四象限像素域s4，4*4像素域中心的4个像素定义为中心像素域s0，根据比较准则，检测4*4像素域是否为星点。

检测4*4像素域为星点须满足每个2*2像素域内的4个像素的和值均小于无效像素阈值h，且中心像素域的4个像素的和值大于星点灵敏度阈值h；中心像素域中4个像素至少有2个像素的像素值大于星点灵敏度阈值m，且至少满足下列条件中的一个条件：

f)在所有2*2像素域中，中心像素域的像素和值最大；

g)第一象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第二象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h；

h)第二象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第一象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h。

通常无效像素阈值h取值为像素饱和值，星点灵敏度阈值h＝12δ，星点灵敏度阈值m＝6δ，δ为遮光条件下图像噪声标准差。

与已取得的4*4像素域错开一列或一行获取新的4*4像素域，重复星点检测过程，直至分析完目标图像s所有的4*4像素域，完成星点检测。

实际工作中，探测器工作一定时间后，随外界工作环境变化，暗电流基准帧退化，须重新采集探测器暗电流基准图像d，进行暗电流基准图像更新。

一种星相机星点检测方法包括如下步骤：

1)在积分时间内连续采集多帧图像，将采集得到的多帧图像同一位置的像素进行累加处理，作为探测器暗电流基准图像；

2)间隔时间t后，在积分时间内连续采集多帧图像，将采集得到的多帧图像同一位置的像素进行累加处理，获得待补偿图像，将待补偿图像中每个像素的像素值与探测器暗电流基准图像中每个像素的像素值做差，获得目标图像；

3)在目标图像4个角中任意取一个角为顶点，选取一个4*4像素域；

4)将选取的4*4像素域划分为第一象限像素域至第四象限像素域，以及中心像素域，根据比较准则，检测4*4像素域是否为星点；

5)与已取得的4*4像素域错开一列或一行获取新的4*4像素域，重复步骤4)，直至分析完目标图像所有的4*4像素域，完成星点检测。

所述将待补偿图像中每个像素的像素值与探测器暗电流基准图像中每个像素的像素值做差的方法为：待补偿图像中每个像素的像素值减去探测器暗电流基准图像同一位置像素的像素值，像素差值大于等于0，则像素差值保留，差值小于0进行则像素差值置零。

所述将选取的4*4像素域划分为第一象限像素域至第四象限像素域以及中心像素域的方法为：将4*4像素域划分为四个象限，每个象限中有一个2*2的像素域，定义第一象限内的2*2像素域为第一象限像素域，定义第二象限内的2*2像素域为第二象限像素域，定义第三象限内的2*2像素域为第三象限像素域，定义第四象限内的2*2像素域为第四象限像素域，4*4像素域中心的4个像素定义为中心像素域。

所述检测4*4像素域是否为星点的方法为：满足每个2*2像素域内的4个像素的和值均小于无效像素阈值h，且中心像素域的4个像素的和值大于星点灵敏度阈值h；中心像素域中的4个像素至少有2个像素的像素值大于星点灵敏度阈值m，且至少满足下列条件中的一个条件：

a)在所有2*2像素域中，中心像素域的像素和值最大；

b)第一象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第二象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h；

c)第二象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第四象限像素域的像素和值大于星点灵敏度阈值h，第一象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h，第三象限像素域的像素和值小于等于星点灵敏度阈值h。

所述间隔时间t＝1/f，其中f为星相机工作帧频。

所述无效像素阈值h为像素饱和值的95％，星点灵敏度阈值h为星相机全遮光条件下8～12倍图像噪声；星点灵敏度阈值m为星相机全遮光条件下4～6倍图像噪声。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。