專利名稱：一種星敏感器白天測(cè)星圖像的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及航空航天圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種星敏感器白天測(cè)星圖像的預(yù)處理方法。
背景技術(shù)：
星敏感器是一種以恒星為參考點(diǎn)的高精度姿態(tài)測(cè)量?jī)x器，具有自主導(dǎo)航能力強(qiáng)和無(wú)累積誤差等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大氣層外航天器導(dǎo)航系統(tǒng)中。在大氣層內(nèi)，隨著高技術(shù)條件下的現(xiàn)代飛行任務(wù)需要不斷提高，對(duì)飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，特別是對(duì)姿態(tài)精度要求也越來(lái)越高，這樣使得星敏感器的大氣層內(nèi)應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注。星敏感器要在大氣層內(nèi)工作，首先要實(shí)現(xiàn)白天測(cè)星。影響星敏感器白天測(cè)星圖像質(zhì)量的主要因素有一、強(qiáng)背景噪聲；二、星點(diǎn)的抖動(dòng)、模糊和拖尾。星敏感器在大氣層內(nèi)工作時(shí)，其成像的背景環(huán)境比較復(fù)雜，其中主要是由于大氣對(duì)太陽(yáng)光的散射造成的，表現(xiàn)為噪聲強(qiáng)度大，變化未知。當(dāng)前，對(duì)復(fù)雜背景下星敏感器成像星圖的預(yù)處理，可以分為以下幾種(I)多幀累加求平均。該方法是將不同時(shí)刻的多幀圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度值相加，然后求取它們的時(shí)間均值圖像。該方法可以消除隨機(jī)噪聲，但是缺點(diǎn)是只能針對(duì)靜態(tài)或者在連續(xù)幾幀中保持相對(duì)靜止的探測(cè)目標(biāo)，而且在噪聲很強(qiáng)的情況下，作用很小。(2)高通濾波。該方法是只對(duì)低于某一給定頻率下的頻率成分有衰減作用，而允許這個(gè)截止頻率以上的頻率成分通過(guò)，主要用來(lái)消除低頻噪聲。該方法在噪聲干擾較弱的情況下效果顯著，但是缺點(diǎn)是如果目標(biāo)邊緣信號(hào)也很強(qiáng)，很容易使背景噪聲通過(guò)，造成“背景泄露”。(3)小波變換。該方法是將一個(gè)時(shí)域信號(hào)變換到頻域，以便可以更好地觀察分析信號(hào)的局部特性。它通過(guò)伸縮平移運(yùn)算對(duì)信號(hào)(函數(shù))逐步進(jìn)行多尺度細(xì)化，最終達(dá)到高頻段時(shí)間細(xì)分，低頻處頻率細(xì)分，能自動(dòng)適應(yīng)信號(hào)分析的要求。但是該方法的缺點(diǎn)是一旦小波基函數(shù)選定后，其特性就固定，并且在不同尺度上得到的逼近信號(hào)特征之間存在差異，因此降噪預(yù)處理時(shí)的重構(gòu)信號(hào)會(huì)丟失原有的時(shí)域特征。(4)維納濾波。該方法是一種基于最小二乘估計(jì)的濾波方法，是由維納(N. Wiener)在1942年首次提出的。在維納研究的基礎(chǔ)上，人們根據(jù)最大輸出信噪比準(zhǔn)則、統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)則以及其他最佳準(zhǔn)則求得等價(jià)的最佳線性濾波器。維納濾波器適應(yīng)面較廣，但是缺點(diǎn)是不能用于噪聲為非平穩(wěn)情況。由于成像星圖取決于復(fù)雜的大氣背景環(huán)境，這種環(huán)境常常是未知的、變化的，因而該方法難以滿足要求。(5)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波。該方法是由一組形態(tài)學(xué)的代數(shù)運(yùn)算組成的，利用一個(gè)稱作結(jié)構(gòu)元素的“探針”分析圖像的信息。但該方法通常是對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行處理，從而會(huì)保留很多局部噪聲，需要進(jìn)一步來(lái)剔除
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，該方法不僅有效提高了星圖信噪比，而且有效地降低了星點(diǎn)模糊、彌散、拖尾等諸多復(fù)雜情況的影響，同時(shí)避免了對(duì)星圖退化參數(shù)的復(fù)雜估計(jì)與計(jì)算。進(jìn)一步地，該方法所涉及的所有技術(shù)都易用于硬件實(shí)現(xiàn)，具有很高的使用價(jià)值。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種星敏感器白天測(cè)星圖像圖預(yù)處理方法，包括如下步驟對(duì)原始第一星圖利用灰度形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行開運(yùn)算，得到第二星圖；利用局部銳化濾波方法對(duì)所述第二星圖進(jìn)行濾波處理；利用自適應(yīng)閾值確定方法對(duì)所述第二星圖進(jìn)行閾值分割；采用八連通法對(duì)所述第二星圖進(jìn)行處理，確定星點(diǎn)個(gè)數(shù)和連通區(qū)域；判斷所述第二星圖中各個(gè)所述星點(diǎn)占像素面積與預(yù)設(shè)閾值的關(guān)系；根據(jù)所述第二星圖中各個(gè)所述星點(diǎn)占像素面積與閾值的關(guān)系確定各個(gè)所述星點(diǎn)的能量中心，并以各個(gè)所述·星點(diǎn)的所述能量中心替代實(shí)際所述星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，通過(guò)灰度形態(tài)學(xué)和局部銳化處理對(duì)白天測(cè)星圖像的強(qiáng)背景噪聲進(jìn)行了濾除，進(jìn)一步地，判斷經(jīng)過(guò)處理的圖像中各個(gè)星點(diǎn)占像素面積與預(yù)設(shè)閾值的關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)確定各個(gè)星點(diǎn)的能量中心，并使各個(gè)星點(diǎn)的能量中心替代各個(gè)星點(diǎn)實(shí)際星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目。該方法不僅有效提高了星圖信噪比，而且有效地降低了星點(diǎn)模糊、彌散、拖尾等諸多復(fù)雜情況的影響，同時(shí)避免了對(duì)星圖退化參數(shù)的復(fù)雜估計(jì)與計(jì)算。進(jìn)一步地，該方法所涉及的所有技術(shù)都易用于硬件實(shí)現(xiàn)，具有很高的使用價(jià)值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用灰度形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行開運(yùn)算，進(jìn)一步包括形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素選取。由此，提高了利用灰度形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行開運(yùn)算的易用性與簡(jiǎn)便性。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在局部銳化濾波方法中對(duì)所述第二星圖進(jìn)行濾波處理，進(jìn)一步包括局部區(qū)域大小的選取以及銳化濾波的計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種星敏感器白天測(cè)星圖像的預(yù)處理方法，其特征在于，包括如下步驟 SI，對(duì)原始第一星圖利用灰度形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行開運(yùn)算，得到第二星圖； S2，利用局部銳化濾波方法對(duì)所述第二星圖進(jìn)行濾波處理； S3，利用自適應(yīng)閾值確定方法對(duì)所述第二星圖進(jìn)行閾值分割； S4，采用八連通法對(duì)所述第二星圖進(jìn)行處理，確定星點(diǎn)個(gè)數(shù)和連通區(qū)域； S5，判斷所述第二星圖中各個(gè)所述星點(diǎn)占像素面積與預(yù)設(shè)閾值的關(guān)系； S6，根據(jù)所述第二星圖中各個(gè)所述星點(diǎn)占像素面積與閾值的關(guān)系確定各個(gè)所述星點(diǎn)的能量中心，并以各個(gè)所述星點(diǎn)的所述能量中心替代實(shí)際所述星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目。
2.如權(quán)利要求1所述的星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，其特征在于，利用灰度形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行開運(yùn)算，進(jìn)一步包括形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)元素選取。
3.如權(quán)利要求1所述的星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，其特征在于，以局部銳化濾波方法中對(duì)所述第二星圖進(jìn)行濾波處理，進(jìn)一步包括 局部區(qū)域大小的選取以及銳化濾波的計(jì)算
4.如權(quán)利要求1所述的星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，其特征在于，對(duì)所述第二星圖中各個(gè)所述星點(diǎn)所占像素面積進(jìn)行分析，并確定各個(gè)所述星點(diǎn)的所述能量中心，并以各個(gè)所述星點(diǎn)的所述能量中心代替實(shí)際所述星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目，進(jìn)一步包括 所述能量中心大小的選取以及提取方法 預(yù)設(shè)所述能量中心區(qū)域，判斷所述星點(diǎn)所占像素面積是否超過(guò)所述預(yù)設(shè)能量中心區(qū)域；如果超過(guò)，則確定各個(gè)所述星點(diǎn)所述能量中心，并替代該所述星點(diǎn)實(shí)際所占所述像素?cái)?shù)目。
5.如權(quán)利要求4所述的星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，其特征在于，對(duì)所述星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目超過(guò)所述能量中心大小可以分成兩種情況 (1)單方向超界； (2)二維坐標(biāo)系中橫軸X和二維坐標(biāo)系中縱軸Y方向均超界。
其中，所述的超界為根據(jù)研究方便，使用者自行設(shè)置。
6.如權(quán)利要求5所述星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，其特征在于，對(duì)所述第二星圖中各個(gè)所述星點(diǎn)所占像素面積進(jìn)行分析，并確定各個(gè)所述星點(diǎn)所述能量中心，并以各個(gè)所述星點(diǎn)的所述能量中心替代實(shí)際所述星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目，進(jìn)一步包括 對(duì)于單一方向超界，確定超界的像素?cái)?shù)Over_N;然后以所述預(yù)設(shè)能量中心區(qū)域的窗口進(jìn)行滑動(dòng)，那么遍歷所有的星點(diǎn)像素需要Over_N+l次；依次計(jì)算每個(gè)窗口內(nèi)的像素灰度值總和；最后選取像素灰度值總和最大的一個(gè)窗口區(qū)域作為星點(diǎn)的能量中心。
7.如權(quán)利要求5所述星敏感器白天測(cè)星圖像預(yù)處理方法，其特征在于，對(duì)所述第二星圖中各個(gè)所述星點(diǎn)所占像素面積進(jìn)行分析，并確定各個(gè)所述星點(diǎn)的所述能量中心，并以各個(gè)所述星點(diǎn)所述能量中心替代實(shí)際所述星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目，進(jìn)一步包括對(duì)于二維坐標(biāo)系中橫軸X和二維坐標(biāo)系中縱軸Y方向均超界，確定X方向超界的像素?cái)?shù)Over_X和Y方向超界的像素?cái)?shù)Over_Y ;然后以所述預(yù)設(shè)能量中心區(qū)域的窗口進(jìn)行滑動(dòng)， 則遍歷所有的星點(diǎn)像素需要(Over_X+l) * (Over_Y+l)次；依次計(jì)算每個(gè)窗口內(nèi)的像素灰度值總和 ；最后選取像素灰度值總和最大的一個(gè)窗口區(qū)域作為星點(diǎn)的能量中心。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種星敏感器白天測(cè)星圖像的預(yù)處理方法，包括步驟對(duì)原始第一星圖利用灰度形態(tài)學(xué)方法進(jìn)行開運(yùn)算，得到第二星圖；利用局部銳化濾波方法對(duì)第二星圖進(jìn)行濾波處理；利用自適應(yīng)閾值確定方法對(duì)第二星圖進(jìn)行閾值分割；采用八連通法對(duì)第二星圖進(jìn)行處理，確定星點(diǎn)個(gè)數(shù)和連通區(qū)域；判斷第二星圖中各星點(diǎn)占像素面積與預(yù)設(shè)閾值的關(guān)系，根據(jù)上述關(guān)系確定各個(gè)星點(diǎn)的能量中心，并以各個(gè)星點(diǎn)的能量中心代替實(shí)際星點(diǎn)所占像素?cái)?shù)目。該方法不僅有效提高了星圖信噪比，而且有效地降低了星點(diǎn)模糊、彌散、拖尾等諸多復(fù)雜情況的影響，同時(shí)避免了對(duì)星圖退化參數(shù)的復(fù)雜估計(jì)與計(jì)算。進(jìn)一步地，該方法所涉及的所有技術(shù)都易用于硬件實(shí)現(xiàn)，具有很高的使用價(jià)值。
文檔編號(hào)G06T5/00GK103020906SQ20121051104
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者梁斌, 張濤, 李卓犖, 朱海龍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)