专利名称：一种高帧频太阳敏感器及其实现方法
技术领域：
本发明涉及姿态敏感器技术，尤其涉及一种高帧频太阳敏感器及其实现方法。
背景技术：
太阳敏感器是姿态敏感器的一种，它通过测量太阳光线与卫星某一体轴之 间的夹角，确定太阳在太阳敏感器本体坐标系中的位置。目前，高精度太阳敏
感器所用的光敏元件主要有电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化 物半导体(CMOS)图像传感器两种。随着卫星微小型化的趋势，太阳敏感器 作为卫星的组成部分也需微小型化，基于CCD的太阳敏感器难以满足卫星组成 部件微小型化的这一需求，而CMOS图像传感器凭借其低成本、低功耗、小体 积、高集成度、控制灵活等优点，得到了越来越广泛的应用。
但是，目前基于CMOS图像传感器的太阳敏感器是通过全帧图像采集的方 式来获取太阳光斑图像，并通过对太阳光斑图像进行全帧数据处理确定太阳在 太阳敏感器本体坐标系中的位置，而对太阳光斑图像进行全帧数据处理，所需 处理的数据量大、处理时间长，使得太阳敏感器的数据更新率较低，最高的也 不过10Hz。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高帧频太阳敏感器及其实现方 法，可减少获得姿态信息所需处理的数据量，进而提高太阳敏感器的数据更新 率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 一种高帧频太阳敏感器，该敏感器包括
光学系统，用于形成太阳光斑；
图像釆集模块，用于通过全帧图像釆集得到太阳光斑图像，还用于采集ROI 窗口的太阳光斑图像；
计算模块，用于计算所述太阳光斑图像内的各光斑的质心坐标，并根据光 斑的质心坐标计算太阳姿态角；还用于计算所述ROI窗口的太阳光斑图像内各 光斑的质心坐标，根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角并输出；
预测模块，用于根据计算模块所得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳 光斑图像中同一小孔对应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太 阳光斑图像中的位置；
第一控制模块，用于设置ROI窗口大小，以及根据所预测出的位置和预先 设置的感兴趣区域ROI窗口大小对所述图像釆集模块进行ROI窗口的配置，还 用于发送控制信息，命令图像釆集模块执行ROI窗口的太阳光斑图像采集。
进一步地，该敏感器进一步包括
计数模块，用于对全帧釆集的图像内的光斑进行计数，得出全帧釆集的图 像内的光斑数目并存储，并用于对所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑进行 计数，得出数目所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目；
判断模块，用于判断所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与全帧采 集的图像所获得的光斑数目是否相等，并输出判断结果；
第二控制模块，用于根据判断模块输出的结果控制图像采集模块返回执行 全帧图像采集或控制计算模块计算ROI窗口内的各光斑的质心坐标，并根据光 斑的质心坐标计算太阳姿态角。
进一步地，所述计算模块包括
质心计算模块，用于利用流水线结构，计算所述太阳光斑图像内的各光斑 的质心坐标；
姿态角计算模块，用于根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角。 进一步地，所述预测模块包括
位移计算模块，用于计算同一小孔对应的光斑在x轴方向的位移，还用于 计算同一小孔对应的光斑在y轴方向的位移；
位置确定模块，用于确定所述小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置。
本发明还提供一种高帧频太阳敏感器实现方法，该方法包括以下步骤
A、 全帧图像采集，获得太阳光斑图像，计算所获得的太阳光斑图像的各 光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角；
B、 重复执行步骤A至少一次后，执行步骤C;
C、 根据得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对 应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置， 并根据所预测出的位置和预设的ROI窗口大小进行ROI窗口的配置；
D、 采集ROI窗口的太阳光斑图像，计算所采集到的ROI窗口的太阳光斑 图像内各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角，返回步骤 C。
进一步地，所述采集ROI窗口的太阳光斑图像后计算质心坐标前，步骤D 还包括
判断所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与全帧釆集的图像所获得 的光斑数目是否相等，如果相等，计算ROI窗口内各光斑的质心坐标，并根据 光斑的质心坐标计算太阳姿态角；如果不相等，返回步骤A。
进一步地，所述计算太阳光斑图像内的各光斑质心坐标包括
a、 在当前时钟周期内，计算再前一像素灰度值和坐标值的乘积与已处理的 同一光斑所有像素灰度值和坐标值乘积的累加值；识别前一像素所属光斑，将
前一像素作为再前一像素；并读取当前像素作为前一像素缓存；
b、 重复步骤a,直到处理完整个所述太阳光斑图像后，分别计算所的到的 各个光斑灰度值和坐标值乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到商作为 对应光斑的质心的x轴坐标，以及计算所得到的各个光斑灰度值和y轴坐标值 乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到的商作为对应光斑的质心的y轴 坐标。
进一步地，所述根据得到的同一小孔对应的光斑质心坐标，预测该小孔对 应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置包括
将所述当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑 质心的X轴坐标之差作为光斑在X轴方向的位移，将所述当前太阳光斑图像，
以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑质心的y轴坐标之差作为光斑在 y轴方向的位移；
将当前太阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的x轴坐标与所述光斑在 x轴方向的位移求和，将当前太阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的y轴 坐标与所述光斑在y轴方向的位移求和，即得到该小孔对应的光斑在下一太阳 光斑图像中的位置。
进一步地，所述计算所采集到的ROI窗口的太阳光斑图像内各光斑的质心 坐标包括
al、在当前时钟周期内，计算再前一像素灰度值和坐标值的乘积与已处理 的同一光斑所有像素灰度值和坐标值乘积的累加值；识别前一像素所属光斑， 将前一像素作为再前一像素；并读取当前像素并作为前一像素缓存；
bl、重复步骤al，直到处理完整个ROI窗口区域后，分别计算所的到的各 个光斑灰度值和坐标值乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到商作为对 应光斑的质心的x轴坐标，以及计算所得到的各个光斑灰度值和y轴坐标值乘 积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到的商作为对应光斑的质心的y轴坐 标。
本发明所提供的高帧频太阳敏感器及其实现方法，对感兴趣区域(ROI) 窗口进行动态跟踪，并采集ROI窗口的太阳光斑图像，与基于全帧图像采集所 获得的太阳光斑图像相比，可大大减小背景像素区域，这样，读取像素时，只 读取包含太阳光斑的区域，进而可减小读取数据和后续质心坐标计算、太阳姿 态角计算的数据量和处理时间，进而提高太阳敏感器的帧频，即太阳敏感器的 数据更新率。
本发明中的质心坐标计算引入了流水线结构，使得针对每个像素，其累加
计算比识别像素所属光斑滞后一个时钟周期，识别像素所属光斑比读取像素滞 后一个时钟周期，进而可在一个时钟周期内同时进行再前一像素的累加计算、 前一像素所属光斑的识别、以及当前像素的读取，如此大大减小了时钟周期，
将系统的最高可运行时钟频率由原来的43MHz左右到提高到65MHz左右。
图1为本发明高帧频太阳敏感器的组成结构示意图； 图2为本发明高帧频太阳敏感器实现方法的流程示意图； 图3为本发明ROI窗口跟踪示意图； 图4为本发明质心坐标的计算流程示意图。
具体实施例方式
本发明的基本思路为利用当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像得 到的同一小孔对应的光斑质心坐标，预测下一太阳光斑图像中该小孔对应的光 斑所在的位置，实现对包含光斑的ROI窗口的动态跟踪，然后进行ROI窗口的 太阳光斑图像的釆集，计算出ROI窗口的太阳光斑图像内各光斑的质心坐标， 并根据光斑的质心坐标计算出太阳姿态角；减小了读取数据和后续质心坐标计 算、太阳姿态角计算的数据量和处理时间，进而提高太阳敏感器的帧频，即太 阳敏感器的数据更新率。
本发明高帧频太阳敏感器的组成结构如图l所示，包括
光学系统，包括透光的小孔阵列，用于形成太阳光斑；
图像采集模块，用于通过全帧图像采集得到太阳光斑图像，还用于采集ROI 窗口的太阳光斑图像；所述图像采集模块通过Cypress公司的CMOS图像传感 器IBIS5-A1300实现；
计算模块，用于计算所述太阳光斑图像内的各光斑的质心坐标，并根据光 斑的质心坐标计算太阳姿态角；还用于计算所述ROI窗口的太阳光斑图像内各 光斑的质心坐标，根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角并输出；所述计算模块
通过现场可编程门阵列(FPGA)实现；
预测模块，用于根据计算模块所得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳 光斑图像中同一小孔对应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太 阳光斑图像中的位置；所述预测模块通过FPGA实现；
第一控制模块，用于设置ROI窗口大小，以及根据所预测出的位置和预先 设置的感兴趣区域ROI窗口大小进行ROI窗口的配置，还用于在完成ROI窗 口的配置后，发送控制信息，命令图像采集模块由执行全帧图像采集转为执行 ROI窗口的太阳光斑图像采集；所述第一控制模块通过FPGA实现。
该敏感器进一步包括
计数模块，用于对全帧采集的图像内的光斑进行计数，得出全帧采集的图 像内的光斑数目并存储，并用于对所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑进行 计数，得出数目所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目；
判断模块，用于判断所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与所存储 的全帧采集的图像所获得的光斑数目是否相等，并输出判断结果；
第二控制模块，用于根据判断模块输出的结果控制图像采集模块返回执行 全帧图像釆集或控制计算模块计算ROI窗口内的各光斑的质心坐标，并根据光 斑的质心坐标计算太阳姿态角。
所述计算模块包括
质心计算模块，用于利用流水线结构，计算所述太阳光斑图像内的各光斑 的质心坐标；所述流水线结构指在每个时钟周期内，计算再前一像素灰度值和 坐标值的乘积与已处理的同一光斑所有像素灰度值和坐标值乘积的累加值；识 别前一像素所属光斑，将前一像素作为再前一像素；并读取当前像素作为前一 像素缓存；
姿态角计算模块，用于根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角。 所述预测模块包括
位移计算模块，用于计算同一小孔对应的光斑在x轴方向的位移，还用于 计算同 一小孔对应的光斑在y轴方向的位移；
所述光斑在X轴方向的位移等于所述当前太阳光斑图像，以及前一太阳光
斑图像中同一小孔对应的光斑质心的x轴坐标之差；所述光斑在y轴方向的位
移等于所述当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑
质心的y轴坐标之差；
位置确定模块，用于确定所述小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位
置；
所述位置的x轴坐标等于当前太阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的 x轴坐标与所述光斑在x轴方向的位移之和；所述位置的y轴坐标等于当前太 阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的y轴坐标与所述光斑在y轴方向的位 移之和。
本发明还提出一种高帧频太阳敏感器的实现方法，该方法的实现流程如图 2所示，包括以下步骤
步骤201:设置ROI窗口的大小；
这里，ROI窗口大小的具体设置方法包括
a、 根据光斑的直径和光斑的间距，计算出可以完全包含全帧图像采集所获 得的太阳光斑图像中的所有光斑的最小正方形的边长；所述正方形的上下两边 平行于x轴；所述光斑的间距指相邻两光斑的质心的距离；
b、 在所述边长的基础上增加一定余量，得出ROI窗口的边长；且第"行 的第m个小孔对应的光斑的质心距ROI窗口左边和上边的距离分别为
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，S左为第w行的第m个小孔对应的光斑的质心距ROI窗口左边的距 离，5^为第n行的第m个小孔对应的光斑的质心距R0I窗口上边的距离，c/为 光斑的直径，s为光斑的间距，/为余量。
可见，ROI窗口为包含光斑的区域，与全帧图像采集所获得的太阳光斑图 像相比，大大减小了背景像素区域，这样，在读取像素时，只需读取包含光斑
的区域，因此读取数据的时间可以大大縮短；并且，能够减小后续处理的数据 量和处理时间，进而提高太阳敏感器的帧频。
通常，ROI窗口越小，所述余量越小，帧频越高；但由于本发明中所述位
置的预测是基于太阳敏感器做勾速运动的假设进行的，而实际应用中，只是基 于两次图像采集间隔时间短，可近似认为太阳敏感器做匀速运动，预测的位置 与实际位置有一定偏差，如果余量太小，会增大跟踪失败率，因此，较佳的余
量设置为77像素。
步骤202:通过全帧图像采集得到太阳光斑图像，计算所获得的太阳光斑 图像内各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角；
其中，具体如何根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角的具体实现方法，可
参见专利号为200610103797.3，发明名称为"高精度APS太阳敏感器"的中国 专利，这里不再赘述；所述全帧图像釆集可通过Cypress公司的CMOS图像传 感器1BIS5-A 1300实现；所述光斑的质心坐标计算和太阳姿态角计算均可通过 FPGA实现。
具体的，本发明中计算质心坐标的方法包括
al、在本次质心坐标计算的第一个时钟周期内，读取当前像素并作为前一 像素缓存；
bl、在本次质心坐标计算的第二个时钟周期内，将缓存器内的前一像素作 为再前一像素，识别该再前一像素所属光斑，并读取当前像素作为前一像素缓 存；
从本次质心坐标计算的第三个时钟周期开始的每个时钟周期，重复执行一 次步骤cl;直到处理完整个所述太阳光斑图像后，再分别计算所得到的各个光
斑灰度值和x轴坐标值乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到的商作为
对应光斑的质心的x轴坐标，以及计算所得到的各个光斑灰度值和y轴坐标值 乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到的商作为对应光斑的质心的y轴 坐标；
cl、计算再前一像素灰度值和坐标值的乘积与已处理的同一光斑所有像素
灰度值和坐标值乘积的累加值；识别前一像素所属光斑，将前一像素作为再前
一像素；并读取当前像素作为前一像素缓存。其中，具体如何读取像素、识别
像素所属光斑、以及累加计算的可参见专利号为200610161802.6，发明名称为 "快速高精度太阳光斑图像质心定位方法及装置"的中囯专利，这里不再赘述。 步骤203:再次执行步骤202后，执行步骤204。
步骤204:根据得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一 小孔对应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一帧太阳光斑图像中 的位置；并根据所预测出的位置和所设置的ROI窗口的大小，进行ROI窗口的 配置；
这里，太阳光斑图像指全帧图像采集所得到太阳光斑图像或ROI窗口的太 阳光斑图像。
如图3中ROI窗口跟踪示意图所示，本步骤中具体的预测方法包括 a2、将所述当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的 光斑质心的x轴坐标之差作为光斑在x轴方向的位移，将所述当前太阳光斑图 像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑质心的y轴坐标之差作为光 斑在y轴方向的位移；其计算式表示为
Ax = rof _ x _ wcw — — x _ oW A_y = — ;c — wow — ra/ j — o W
其中，Ax和Ay分别为光斑在x轴和y轴方向的位移，roi一x一now为当前太 阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的x轴坐标，roij_now为当前太阳光斑 图像中所述小孔对应的光斑质心的y轴坐标，roi一x—old为前一太阳光斑图像中 所述小孔对应的光斑质心的x轴坐标，roij—old为前一太阳光斑图像中所述小 孔对应的光斑质心的y轴坐标；
b2、将当前太阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的x轴坐标与所述光 斑在x轴方向的位移Ax求和，将当前太阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心 的y轴坐标与所述光斑在y轴方向的位移4v求和，得到该小孔对应的光斑在下 一太阳光斑图像中的位置；其计算式表示为
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中，(roi_x_next， roi_y—next)为该小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像 中的位置坐标。
步骤205:采集ROI窗口的太阳光斑图像。
步骤206:判断所釆集到的ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与全帧 釆集的图像所获得的光斑数目是否相等，如果相等，执行步骤207;如果不相 等，认为跟踪失败，返回步骤202。
步骤207:计算ROI窗口内各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计 算太阳姿态角，返回步骤204;其中，具体如何根据光斑的质心坐标计算太阳 姿态角的具体实现方法可参见专利号为200610103797.3,发明名称为"高精度 APS太阳敏感器"的中国专利，这里不再赘述；所述光斑的质心坐标计算和太 阳姿态角计算均可通过FPGA实现。
这里，具体计算质心坐标的方法同步骤202中计算质心坐标的方法。
上述流程中，步骤203、 204根据前几帧得到的同一小孔对应的光斑的质心 坐标，预测下一帧中该小孔对应的光斑所在的位置，实现了 ROI窗口动态跟踪。 在实际应用中，该ROI窗口动态跟踪可通过Cypress公司的CMOS图像传感器 IBIS5-A 1300实现，IBIS5-A 1300具有高分辨率和双快门模式，最大分辨率可 达1280*1024，帧频可达到27帧/s， ROI模式下，帧频可达100帧/s以上。
上述流程中，步骤201、 205中质心坐标计算和太阳姿态角计算均可通过 FPGA硬件实现，保证在高帧频下能实时输出光斑的质心坐标和太阳姿态角。
在步骤201、 205中，质心坐标计算引入了流水线结构，即使得针对每个 像素，其累加计算比识别像素所属光斑滞后一个时钟周期，识别像素所属光斑 比读取像素滞后一个时钟周期，这样就实现了如图4所示的质心坐标的计算流 程在一个时钟周期内可同时进行再前一像素的累加计算、前一像素所属光斑 的识别、以及当前像素的读取，使得一个时钟周期只需不小于数据读入所需时 间、标志判断所需时间和数据累加所需时间中的最大时间即可，大大减小了时钟周期，将系统的最高可运行时钟频率由原来的43MHz左右到提高到65MHz 左右，解决了现有质心坐标的计算方法在一个时钟周期内需要针对同一像素顺 序完成读取像素、识别像素所属光斑、累加计算三个步骤，会导致时序紧张， 系统可运行的最高时钟频率低的问题。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
权利要求
1、一种高帧频太阳敏感器，其特征在于，该敏感器包括光学系统，用于形成太阳光斑；图像采集模块，用于通过全帧图像采集得到太阳光斑图像，还用于采集ROI窗口的太阳光斑图像；计算模块，用于计算所述太阳光斑图像内的各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角；还用于计算所述ROI窗口的太阳光斑图像内各光斑的质心坐标，根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角并输出；预测模块，用于根据计算模块所得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置；第一控制模块，用于设置ROI窗口大小，以及根据所预测出的位置和预先设置的感兴趣区域ROI窗口大小对所述图像采集模块进行ROI窗口的配置，还用于发送控制信息，命令图像采集模块执行ROI窗口的太阳光斑图像采集。
2、 根据权利要求l所述高帧频太阳敏感器，其特征在于，该敏感器进一步 包括计数模块，用于对全帧釆集的图像内的光斑进行计数，得出全帧釆集的图 像内的光斑数目并存储，并用于对所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑进行 计数，得出数目所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目；判断模块，用于判断所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与全帧釆 集的图像所获得的光斑数目是否相等，并输出判断结果；第二控制模块，用于根据判断模块输出的结果控制图像釆集模块返回执行 全帧图像釆集或控制计算模块计算ROI窗口内的各光斑的质心坐标，并根据光 斑的质心坐标计算太阳姿态角。
3、 根据权利要求1或2所述高帧频太阳敏感器，其特征在于，所述计算模块包括质心计算模块，用于利用流水线结构，计算所述太阳光斑图像内的各光斑 的质心坐标；姿态角计算模块，用于根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角。
4、 根据权利要求1或2所述高帧频太阳敏感器，其特征在于，所述预测模块包括位移计算模块，用于计算同一小孔对应的光斑在x轴方向的位移，还用于计算同一小孔对应的光斑在y轴方向的位移；位置确定模块，用于确定所述小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置。
5、 一种高帧频太阳敏感器实现方法，其特征在于，该方法包括以下步骤A、 全帧图像釆集，获得太阳光斑图像，计算所获得的太阳光斑图像的各 光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角；B、 重复执行步骤A至少一次后，执行步骤C;C、 根据得到的当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对 应的光斑的质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太阳光斑图像中的位置， 并根据所预测出的位置和预设的ROI窗口大小进行ROI窗口的配置；D、 采集ROI窗口的太阳光斑图像，计算所采集到的ROI窗口的太阳光斑 图像内各光斑的质心坐标，并根据光斑的质心坐标计算太阳姿态角，返回步骤 C。
6、 根据权利要求5所述高帧频太阳敏感器实现方法，其特征在于，所述采 集ROI窗口的太阳光斑图像后计算质心坐标前，步骤D还包括判断所述ROI窗口的太阳光斑图像内的光斑数目与全帧釆集的图像所获得 的光斑数目是否相等，如果相等，计算ROI窗口内各光斑的质心坐标，并根据 光斑的质心坐标计算太阳姿态角；如果不相等，返回步骤A。
7、 根据权利要求5或6所述高帧频太阳敏感器实现方法，其特征在于，所 述计算太阳光斑图像内的各光斑质心坐标包括a、在当前时钟周期内，计算再前一像素灰度值和坐标值的乘积与已处理的 同一光斑所有像素灰度值和坐标值乘积的累加值；识别前一像素所属光斑，将前一像素作为再前一像素；并读取当前像素作为前一像素缓存；b、重复步骤a，直到处理完整个所述太阳光斑图像后，分别计算所的到的 各个光斑灰度值和坐标值乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到商作为对应光斑的质心的x轴坐标，以及计算所得到的各个光斑灰度值和y轴坐标值 乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到的商作为对应光斑的质心的y轴 坐标。
8、 根据权利要求5或6所述高帧频太阳敏感器实现方法，其特征在于，所 述根据得到的同一小孔对应的光斑质心坐标，预测该小孔对应的光斑在下一太 阳光斑图像中的位置包括将所述当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑 质心的x轴坐标之差作为光斑在x轴方向的位移，将所述当前太阳光斑图像， 以及前一太阳光斑图像中同一小孔对应的光斑质心的y轴坐标之差作为光斑在 y轴方向的位移；将当前太阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的x轴坐标与所述光斑在 x轴方向的位移求和，将当前太阳光斑图像中所述小孔对应的光斑质心的y轴 坐标与所述光斑在y轴方向的位移求和，即得到该小孔对应的光斑在下一太阳 光斑图像中的位置。
9、 根据权利要求5或6所述高帧频太阳敏感器实现方法，其特征在于，所 述计算所采集到的ROI窗口的太阳光斑图像内各光斑的质心坐标包括al、在当前时钟周期内，计算再前一像素灰度值和坐标值的乘积与已处理 的同一光斑所有像素灰度值和坐标值乘积的累加值；识别前一像素所属光斑， 将前一像素作为再前一像素；并读取当前像素并作为前一像素缓存；bl、重复步骤al,直到处理完整个ROI窗口区域后，分别计算所的到的各 个光斑灰度值和坐标值乘积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到商作为对 应光斑的质心的x轴坐标，以及计算所得到的各个光斑灰度值和y轴坐标值乘 积的累加值与灰度累加值之商，并将所得到的商作为对应光斑的质心的y轴坐 标。
全文摘要
本发明公开了一种高帧频太阳敏感器，该敏感器通过图像采集模块、计算模块、预测模块和第一控制模块，实现了基于ROI窗口动态跟踪的高数据更新率。本发明还公开了一种高帧频太阳敏感器实现方法，该方法通过利用当前太阳光斑图像，以及前一太阳光斑图像得到的同一小孔对应的光斑的质心坐标，预测下一太阳光斑图像中该小孔对应的光斑所在的位置，来实现ROI窗口动态跟踪，与基于全帧图像采集的太阳敏感器相比，大大减小了背景像素区域的数据。采用本发明所述的高帧频太阳敏感器及其实现方法，可减少获得姿态信息所需处理的数据量，提高太阳敏感器数据更新率。
文档编号G01C21/02GK101363732SQ200810222488
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月17日 优先权日2008年9月17日
发明者崔运东, 张广军, 樊巧云, 洁 江, 魏新国 申请人:北京航空航天大学