CN111121822B - 一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，包括如下步骤：建立坐标系，计算相机理论观测角度；对目标天区进行观测；连续自动获取当前相机图像；根据图像灰度值识别出图像中是否存在固定不变的亮点，若不存在，调整观测角度重新观测，若存在，亮点为被观测目标实际位置；计算被观测目标的参考坐标和观测坐标，计算观测坐标与参考坐标的平面矢量差值，即为星敏相机对准误差，若在误差范围内，修正过程结束，若不在误差范围内，对星敏相机的观测角度进行误差修正，重新观测。本发明能够在无需人工判断下，利用图像多帧识别的方式自动识别观测目标，并对当前对准误差自动进行指向修正，从而提高星敏相机观测指向精度。

Description

一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法

技术领域

本发明属于卫星观测领域，具体涉及一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法。

背景技术

在地基卫星观测、测距活动中，通常使用高灵敏度、低照度的微光相机配合大口径望远镜来观测在轨卫星及其他人造航空器，观测人造航空器主要用于测距、定轨等具体应用，所以对星敏相机的对准精度有较高的要求，目前在实际观测中通常是在人工参与下，依赖操作人员的经验手动判断卫星星象的偏差并加以修正。但由于社会的发展，城市规模不断扩大，导致城市周边的光污染现象较为严重；远离城市的郊区以及山区为卫星观测提供了良好观测条件，解决了光污染的问题，但同时也增加了操作人员的通勤负担。所以观测站对自动化运行提出了要求，而为了能完成自动化观测要求，其中很重要的一个环节就是要完成星敏相机的自动修正对准误差。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，主要用于人造天体的位置识别，利用图像多帧识别的方式自动识别观测目标，对与参考位置之间的误差进行修正，并最终提高星敏相机观测指向精度。

技术方案：本发明采用如下技术方案：一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，其特征在于，应用于晴朗夜空条件下，包括如下步骤：

步骤A、根据预报的卫星轨道参数，以被观测目标所在参考位置为原点建立坐标系，计算星敏相机对被观测目标的理论观测角度；

步骤B、星敏相机的执行机构调整观测角度对目标天区进行观测；

步骤C、星敏相机连续自动获取当前相机图像；

步骤D、对相机图像进行处理，根据图像灰度值识别出图像中是否存在中心位置固定不变的亮点，若存在，该亮点即为被观测目标的实际位置，若不存在，则执行机构按照等长步进调整观测角度，进行螺旋线式扫描，在每个间隔点处，重复步骤C、D；

步骤E、计算被观测目标的参考位置在相机像元面阵中的坐标，即为参考坐标，计算亮点中心位置在相机像元面阵中的坐标，即为观测坐标，计算观测坐标与参考坐标的平面矢量差值，即为星敏相机对准误差，若星敏相机对准误差在误差范围内，转到步骤G，若星敏相机对准误差不在误差范围内，转到步骤F；

步骤F、将星敏相机对准误差添加至星敏相机指向预报文件中，将星敏相机对准误差换算成角度，并对星敏相机的观测角度进行误差修正，转到步骤B；

步骤G、星敏相机自动修正指向过程结束，可执行卫星观测、测距流程。

优选的，所述步骤C中，星敏相机以1Hz的频率连续提取至少60帧图像。

优选的，所述步骤D中判断图像中是否存在中心位置固定不变的亮点包括如下步骤：

步骤D1、根据图像灰度值识别出每一帧图像的亮点；

步骤D2、若该亮点在至少50帧图像中是亮点，而且非亮点帧数不为连续3帧，则该亮点即为图像中固定不变的亮点。

有益效果：本发明公开了一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，该方法能够在无需人工判断下，利用图像多帧识别的方式自动识别观测目标，并对当前对准误差自动进行指向修正，从而提高星敏相机观测指向精度。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的误差修正示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明公开了一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，主要应用于晴朗夜空条件下，利用单点卫星星象以及参考坐标原点来标定当前星敏相机绝对指向精度，其分为两个关键步骤：首先对相机图像进行处理识别出当前观测目标星象，之后提取该点坐标对比参考坐标之后得到当前星敏相机对准误差。

如图1所示，本发明具体包括如下步骤：

步骤A、根据预报的卫星轨道参数，以被观测目标所在参考位置为原点建立坐标系，计算星敏相机对被观测目标的理论观测角度，并进行实时跟踪。

步骤B、星敏相机的执行机构调整观测角度对目标天区进行观测。

步骤C、星敏相机连续自动获取当前观测区域星象图的相机图像。

在星象图中除观测目标星象外还包括其他天体的图像，但由于星敏相机在实时跟踪，而恒星相对于地球有恒定转动速度，所以此时以相机视场为参考坐标系，被观测目标的星象是恒定不变的，而其他天体目标的星象是跟随时间的变化在变化。根据上述两者的特征，星敏相机以1Hz的频率连续提取至少60帧图像，对每帧图像进行逐帧识别。

步骤D、对相机图像进行处理，根据图像灰度值识别出图像中是否存在中心位置固定不变的亮点，若存在，则该亮点即为被观测目标的实际位置，若不存在，则执行机构按照等长步进调整观测角度，进行螺旋线式扫描，在每个间隔点处，重复步骤C、D。

判断图像中是否存在固定不变的亮点时，步骤如下：

步骤D1、根据图像灰度值识别出每一帧图像的亮点；

步骤D2、若该亮点在至少50帧图像中是亮点，而且非亮点帧数不为连续3帧，则该亮点即为图像中固定不变的亮点，此判断方法可有效规避***白噪声或干扰目标的影响。

步骤E、如图2所示，根据卫星轨道参数计算被观测目标的参考位置在相机像元面阵中的坐标即参考坐标(X₀,Y₀)，计算亮点中心位置在相机像元面阵中的坐标即观测坐标(X_S,Y_S)，计算观测坐标与参考坐标的平面矢量差值Δ(x,y)，即为星敏相机对准误差，若星敏相机对准误差在误差范围内，转到步骤G，若星敏相机对准误差不在误差范围内，转到步骤F；

步骤F、将星敏相机对准误差添加至星敏相机指向预报文件中，将星敏相机对准误差换算成角度，并对星敏相机的观测角度进行误差修正，转到步骤B；

步骤G、星敏相机自动修正指向过程结束，可执行卫星观测、测距流程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，其特征在于，应用于晴朗夜空条件下，包括如下步骤：

步骤A、根据预报的卫星轨道参数，以被观测目标所在参考位置为原点建立坐标系，计算星敏相机对被观测目标的理论观测角度；

步骤B、星敏相机的执行机构调整观测角度对目标天区进行观测；

步骤C、星敏相机连续自动获取当前相机图像；

步骤D、对相机图像进行处理，根据图像灰度值识别出图像中是否存在中心位置固定不变的亮点，若存在，则该亮点即为被观测目标的实际位置，若不存在，则执行机构按照等长步进调整观测角度，进行螺旋线式扫描，在每个间隔点处，重复步骤C、D；

步骤E、计算被观测目标的参考位置在相机像元面阵中的坐标，即为参考坐标，计算亮点中心位置在相机像元面阵中的坐标，即为观测坐标，计算观测坐标与参考坐标的平面矢量差值，即为星敏相机对准误差，若星敏相机对准误差在误差范围内，转到步骤G，若星敏相机对准误差不在误差范围内，转到步骤F；

步骤F、将星敏相机对准误差添加至星敏相机指向预报文件中，将星敏相机对准误差换算成角度，并对星敏相机的观测角度进行误差修正，转到步骤B；

步骤G、星敏相机自动修正指向过程结束，可执行卫星观测、测距流程。

2.根据权利要求1所述的一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，其特征在于，所述步骤C中，星敏相机以1Hz的频率连续提取至少60帧图像。

3.根据权利要求1所述的一种利用图像识别解决星敏相机自动修正指向的方法，其特征在于，所述步骤D中判断图像中是否存在中心位置固定不变的亮点包括如下步骤：

步骤D1、根据图像灰度值识别出每一帧图像的亮点；

步骤D2、若该亮点在至少50帧图像中是亮点，而且非亮点帧数不为连续3帧，则该亮点即为图像中固定不变的亮点。

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