一种星空图像处理方法
【专利摘要】一种星空图像处理方法，包括以下步骤：步骤一：星图预处理，包括暗场校正和平场校正；步骤二：噪声剔除，采用阈值处理的方法剔除天光背景噪声和CCD噪声；步骤三：星像分割，基于阈值处理后星空图像的灰度值分布特性，采用叉投影的方法来进行星像分割；步骤四：星像质心提取，采用重心定位法进行星像质心提取。
【专利说明】一种星空图像处理方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种图像处理方法，特别是涉及一种星空图像处理方法。
【背景技术】
[0002]在天文导航中需要利用CXD摄取星空图像，利用CXD摄取的星空图像进一步完成天文导航。
[0003]CXD摄取的星空图像是星敏感器的原始观测数据，星图处理的最终目的就是在原始观测数据中精确提取星像点的质心坐标。但是，舰船所处的海上环境不同于外层空间，星空图像除了受光学系统内部因素的影响外，还会受云、雾、大气湍流等外部因素的影响，这对星图的处理提出了更高的要求。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种星空图像处理方法。
[0005]技术方案1:一种星空图像处理方法，包括以下步骤:步骤一:星图预处理，包括暗场校正和平场校正；步骤二:噪声剔除，采用阈值处理的方法剔除天光背景噪声和CCD噪声；步骤三:星像分割，基于阈值处理后星空图像的灰度值分布特性，采用叉投影的方法来进行星像分割；步骤四:星像质心提取，采用重心定位法进行星像质心提取；其特征在于:所述暗场校正的具体过程为:CCD原始图像R(x，y)，x，y分别为像素的坐标，用同样的曝光时间，在全黑的环境下摄得一帧图像，称为暗场d(x，y)，将两图相减得:S(x，y)=R(x, y)-d(x, y), S(x, y)即为去除各像素暗流的图像；所述平场校正的具体过程为:平场就是CXD在同样温度和望远镜取向的条件下，对均匀亮度的面光源摄取的一帧图像，这时所有CCD像素在曝光时间内受光情况完全相同，因而应有相同的输出，若有差别，则是由于各像素灵敏度不同所引起的，将一帧平场图像F(x，y)与图像S(x，y)按对应像素一一相除，就校正了灵敏度差别；所述噪声剔除的具体过程为:采用阈值处理的方法剔除天光背景噪声和C⑶噪声，凡低于阈值的像素均置为零，从而生成只保留星像点的星空图像，通过星图处理程序实现阈值的动态调整，以阈值和目标数量为双判据，通过循环逼近处理，最终得到准确的星像坐标；所述星像分割 具体过程为:像平面坐标的定义:原点为图像的左上角，横轴为X轴，水平向右为正方向；纵轴为Y轴，竖直向下为正方向，单位为像素；星图经过阈值处理，剔除了天光背景噪声和CXD噪声，星图中只剩下一些孤立的星像，其余部分灰度值为0，对经过降噪处理的星空图像，首先在竖直方向上进行投影运算，即投影到X轴上，并检测投影灰度值大于O的横坐标区间，则这些区间必定是存在星像的区间；然后，对每个区间的条形图像进行水平方向的投影，即投影到Y轴上，进而确定该区间内各星像的纵坐标范围，经过竖直和水平投影检测，就得到了各星像外接四边形的4个顶点坐标，即确定了星像点的分布范围；所述星像质心提取的具体过程为:对观测数据加与星像中心距离成反比的权，求取星像重心的位置，作为星像位置。
[0006]本发明的有益效果是:本发明从星图预处理，噪声剔除，星像分割，质心提取等方面进行研究分析，实现了一套完整高效的CXD星空图像处理技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是暗星区域灰度值三维曲面图。
[0008]图2是孤立噪声区域灰度值三维曲面图。
[0009]图3是纵向投影示意图。
[0010]图4是横向投影示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0012]如图1-4所示，C⑶摄取的星空图像是星敏感器的原始观测数据，星图处理的最终目的就是在原始观测数据中精确提取星像点的质心坐标。但是，舰船所处的海上环境不同于外层空间，星空图像除了受光学系统内部因素的影响外，还会受云、雾、大气湍流等外部因素的影响，这对星图的处理提出了更高的要求。本发明从星图预处理，噪声剔除，星像分害I]，质心提取等方面进行研究分析，实现了一套完整高效的CXD星空图像处理技术。
[0013]I)星图预处理
[0014]将CCD放在完全黑暗的环境中，此时在CCD位阱中收集到基板晶格中热激发所生成的电荷，称为暗流。在CCD正常曝光过程中，暗流和光生电荷同时积累于位阱。引起两种后果:一是暗流同样存在起伏，增加噪声；二是暗流占用了位阱的部分容量，导致用于存放信号的空间变小。
[0015]C⑶摄得的图像是数字图像，图像的不同部分由对应的不同像素来测量。CXD的每一个像素相当于一个光敏二极管，二极管在制作过程中由于制作工艺问题，其暗流和光灵敏度各不相同。由于各像素具有不完全相同的特性，要比较它们所摄得的数据，必须预先加以校正。
[0016](I)暗场校正。暗场，是指在全黑的环境下摄取的一帧图像。设有一帧CXD原始图像R(x，y)，x，y分别为像素的坐标。用同样的曝光时间，在全黑的环境下摄得一帧图像，称为暗场d(x，y)，这帧图像实际上包括了暗流和本底。本底是指系统在没有任何输入的时输出的数据，一般无法单独测得，往往和暗流混在一起。实际上，单独求取系统本底也没有实际意义，只要本底稳定，无需知道其真值，将两图相减得:
[0017]S(x, y) = R(x，y)_d(x，y)........................(I)
[0018]S(x, y)即为去除各像素暗流的图像，也同时减去了系统本底。
[0019](2)平场校正，为了消除各像素灵敏度不同的影响，采用平场校正的方法。所谓平场，就是CXD在同样条件下(温度、望远镜取向)，对均匀亮度的面光源摄取的一帧图像。这时，所有CCD像素在曝光时间内受光情况完全相同，因而应有相同的输出，若有差别，则是由于各像素灵敏度不同所引起的。将一帧平场图像F(x，y)与图像S(x，y)按对应像素一一相除，就校正了灵敏度差别。注意，校正前，必须先对平场图像做暗场处理，并且该暗场不同于d(x, y),需米用和平场具有相同曝光时间的暗场校正方为有效。
[0020]
【权利要求】
1.一种星空图像处理方法，包括以下步骤:步骤一:星图预处理，包括暗场校正和平场校正；步骤二:噪声剔除，采用阈值处理的方法剔除天光背景噪声和CCD噪声；步骤三:星像分割，基于阈值处理后星空图像的灰度值分布特性，采用叉投影的方法来进行星像分割；步骤四:星像质心提取，采用重心定位法进行星像质心提取；其特征在于: 所述暗场校正的具体过程为=CCD原始图像R(x，y), X, y分别为像素的坐标，用同样的曝光时间，在全黑的环境下摄得一帧图像，称为暗场d(x，y)，将两图相减得:S(x，y)=R(x, y) -d (x, y), S(x, y)即为去除各像素暗流的图像； 所述平场校正的具体过程为:平场就是CXD在同样温度和望远镜取向的条件下，对均匀亮度的面光源摄取的一帧图像，这时所有CCD像素在曝光时间内受光情况完全相同，因而应有相同的输出，若有差别，则是由于各像素灵敏度不同所引起的，将一帧平场图像F(x, y)与图像S(x，y)按对应像素一一相除，就校正了灵敏度差别； 所述噪声剔除的具体过程为:采用阈值处理的方法剔除天光背景噪声和CCD噪声，凡低于阈值的像素均置为零，从而生成只保留星像点的星空图像，通过星图处理程序实现阈值的动态调整，以阈值和目标数量为双判据，通过循环逼近处理，最终得到准确的星像坐标； 所述星像分割具体过程为:像平面坐标的定义:原点为图像的左上角，横轴为X轴，水平向右为正方向；纵轴为Y轴，竖直向下为正方向，单位为像素；星图经过阈值处理，剔除了天光背景噪声和CXD噪声，星图中只剩下一些孤立的星像，其余部分灰度值为O，对经过降噪处理的星空图像，首先在竖直方向上进行投影运算，即投影到X轴上，并检测投影灰度值大于O的横坐标区间，则这些区间必定是存在星像的区间；然后，对每个区间的条形图像进行水平方向的投影，即投影到Y轴上，进而确定该区间内各星像的纵坐标范围，经过竖直和水平投影检测，就得到了各星像外接四边形的4个顶点坐标，即确定了星像点的分布范围；所述星像质心提取的具体过程为:对观测数据加与星像中心距离成反比的权，求取星像重心的位置，作为星像位置。
【文档编号】G06T5/00GK103578088SQ201310596390
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】王安国, 佟帅, 孙兴 申请人:中国人民解放军海军大连舰艇学院