CN112033350A - 一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法，包括：步骤1，在实拍星图和仿真星图中匹配相应的恒星，并分别判读该恒星的图像坐标和地平坐标，得到恒星判读结果；步骤2，对恒星判读结果进行二维拟合运算，得到图像坐标系到地平坐标系的转换模型；步骤3，根据图像坐标系到地平坐标系的转换模型，得到图像上任何像元位置对应的方位角和俯仰角。本发明无需安装相关测角装置，通过建立的标定模型，利用恒星对图像内所有像素进行像素级的标定，得到图像上任何像元位置对应的方位角和俯仰角，即目标的空间坐标。

Description

一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法

技术领域

本发明属于空间目标测角技术领域，尤其涉及一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法。

背景技术

光电经纬仪是一种常用的空间目标测角设备，主要采用轴系测角方式进行，需要在轴系上安装相应的测角装置，其测角精度受到一系列的因素影响，包括：望远镜置平及南北指向误差、CCD视场中心和光轴中心偏差、码盘安装误差、大气折射等等。然而，在某些特殊应用中，比如光电篱笆或采用固定指向光电***对某一空域进行凝视探测，需要一种基于图像像素级标定技术的测角方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法，无需安装相关测角装置，利用恒星对图像内所有像素进行像素级的标定，判读目标在图像上的像素坐标，根据标定模型得到目标的空间坐标。

本发明提供了一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法，其特征在于，包括：

步骤1，在实拍星图和仿真星图中匹配相应的恒星，并分别判读该恒星的图像坐标(x，y)和地平坐标(A，E)，得到恒星判读结果；

步骤2，对恒星判读结果进行二维拟合运算，得到图像坐标系到地平坐标系的转换模型；

步骤3，根据图像坐标系到地平坐标系的转换模型，得到图像上任何像元位置对应的方位角和俯仰角。

进一步地，所述图像坐标系到地平坐标系的转换模型为：

A＝a₀x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅

E＝e₀x²+e₁y²+e₂xy+e₃x+e₄y+e₅

其中，a0、a1、a2、a3、a4、a5、e0、e1、e2、e3、e4、e5为对恒星判读结果进行二维拟合运算得到的系数。

借由上述方案，通过基于图像像素级标定的空间目标测角方法，无需安装相关测角装置，通过建立的标定模型，利用恒星对图像内所有像素进行像素级的标定，得到图像上任何像元位置对应的方位角和俯仰角，即目标的空间坐标。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

附图说明

图1是本发明测角标定示意图；

图2是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法的流程图；

图3是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中的实拍星图；

图4是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中的仿真星图；

图5是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中判读数据分布图；

图6是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中图像坐标系与地平坐标系关系图；

图7是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中A-x图；

图8是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中E-y图；

图9是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中A曲面图；

图10是本发明基于图像像素级标定的空间目标测角方法一实施例中E曲面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法，包括：

步骤1，在实拍星图和仿真星图中匹配相应的恒星，并分别判读该恒星的图像坐标(x，y)和地平坐标(A，E)，得到恒星判读结果；

步骤2，对恒星判读结果进行二维拟合运算，得到图像坐标系到地平坐标系的转换模型；

步骤3，根据图像坐标系到地平坐标系的转换模型，得到图像上任何像元位置对应的方位角和俯仰角。

通过该基于图像像素级标定的空间目标测角方法，无需安装相关测角装置，通过建立的标定模型，利用恒星对图像内所有像素进行像素级的标定，得到图像上任何像元位置对应的方位角和俯仰角，即目标的空间坐标。

下面对本发明作进一步详细说明。

1、标定模型的建立

该方法的标定模型实质上是建立从图像坐标系到地平坐标系的转换模型，从而可快速得到图像上任何像元位置(x，y)对应的方位角A和俯仰角E，如图1所示。

标定模型的建立经实拍星图、仿真星图、匹配判读和二维拟合等步骤实现，如图2所示。

2、实拍星图

对监测空域实拍星图，为确保标定精度，应注意以下几点：

a)曝光时间不得过长，应满足星象不产生拖尾要求；

b)星像在视场中分布应尽量均匀，若出现某一区域大面积没有恒星，可在间隔一定时间后再拍摄另一幅星图，多幅叠加使用；

c)星像应尽可能多，因此可考虑增大光圈和感光度。

图3是采用5472×3648图像分辨率、水平视场角为15°、曝光时间为0.5s、光圈为f/2.8、感光度为8000参数对中心指向俯仰角约为40°的空域拍摄得到的，可识别到480颗恒星。

3、仿真星图

按照***的视场角、实拍星图的空域以及星图实拍时刻仿真出相应的星图，如图4所示。

4、恒星匹配判读

实拍星图和仿真星图中匹配相应的恒星，并分别判读该恒星的图像坐标(x，y)和地平坐标(A，E)，得到下表。

表1恒星判读结果

5、二维拟合

对于分辨率为5472×3648的图像而言，480对关联数据构成的只是一个稀疏矩阵，如图5所示，要得到图像像素级的标定模型，必需进行二维拟合插值。

由图6、图7、图8可看出，在图像坐标系中，等A线向中上汇聚，而等E线向中下弯曲，这说明A、E均同时与x和y有关联的，因此，取转换模型如下：

A＝a₀x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅

E＝e₀x²+e₁y²+e₂xy+e₃x+e₄y+e₅

对表1中480对数据进行二维拟合运算，得到以下系数：

a0＝0.0000243150

a1＝-0.0000237958

a2＝-0.0003814836

a3＝11.5656446197

a4＝1.8053159234

a5＝613391.7506672584

e0＝-0.0001459463

e1＝-0.0000000166

e2＝-0.0000177610

e3＝1.3427822354

e4＝-8.2586549764

e5＝159759.2254789714

用转换模型绘制A和E曲面分别如图9和图10所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于图像像素级标定的空间目标测角方法，其特征在于，包括：

步骤1，在实拍星图和仿真星图中匹配相应的恒星，并分别判读该恒星的图像坐标(x，y)和地平坐标(A，E)，得到恒星判读结果；

步骤2，对恒星判读结果进行二维拟合运算，得到图像坐标系到地平坐标系的转换模型；

步骤3，根据图像坐标系到地平坐标系的转换模型，得到图像上任何像元位置对应的方位角和俯仰角。

2.根据权利要求1所述的基于图像像素级标定的空间目标测角方法，其特征在于，所述图像坐标系到地平坐标系的转换模型为：

A＝a₀x²+a₁y²+a₂xy+a₃x+a₄y+a₅

E＝e₀x²+e₁y²+e₂xy+e₃x+e₄y+e₅

其中，a0、a1、a2、a3、a4、a5、e0、e1、e2、e3、e4、e5为对恒星判读结果进行二维拟合运算得到的系数。

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