[发明专利]一种APS太阳敏感器的快速图像处理方法

说明书

技术领域

本发明属于光学姿态敏感器领域，特别涉及一种敏感器图像处理方法。 

背景技术

随着成像探测器件以及处理器技术的快速进步，航天器用太阳敏感器逐渐由光电池式向成像式发展，APS太阳敏感器就是基于APS图像传感器的一种新型数字式太阳敏感器。 

APS太阳敏感器通过分析太阳通过光线引入器在图像传感器上的成像确定太阳相对于敏感器入光面的姿态角度，从而确定航天器相对太阳的姿态角度，因此APS太阳敏感器的关键点就是图像处理完成图像信息到角度信息的转换。 

传统的图像处理系统都是先将图像采集存储于大容量RAM中，然后再交由处理器完成图像处理。而为适应航天器小型化的需求，需要将姿态敏感器做得体积更小，重量更轻，功耗更低，因此必须减少大容量RAM在系统中的应用，为此在APS太阳敏感器中提出一种快速图像处理算法，充分利用FPGA并行处理的特点，在FPGA控制采集图像的同时完成有效图像的提取，然后将有效图像数据存储于小容量的RAM中，再交由处理器处理。 

从目前了解到情况分析，国内外采用大容量存储器和处理器的APS太阳敏感器功耗指标在2.5W左右，数据更新率在2～5Hz左右。 

《光电工程》，第34卷第2期，2007年2月，樊巧云等“小型CMOS太阳敏感器”中介绍了一种小型CMOS太阳敏感器的实现，其中提及采用FPGA实现质心法，仅从原理上进行介绍，没有具体的实现过程。 

《清华大学学报(自然科学版)》，第48卷第2期，2008年，丁天怀、毕研刚等“基于CMOS APS的微型数字式太阳敏感器”中介绍了清华大学研制的APS太阳敏感器，其中图像处理采用传统的先存入大容量的RAM中然后再交由处理器处理的方案，实现指标功耗2.5W，更新率只有2Hz。 

《科学技术与工程》，第8卷第4期，2008年2月，饶鹏等“基于CMOS图像传感器技术的新型数字式太阳敏感器”中介绍了CMOS APS图像传感器技术在太阳敏感器中的应用，介绍了APS太阳敏感器的实现过程，提到利用FPGA完成图像处理，但并未具体介绍FPGA实现图像处理的方法。 

C.W.de Boom，N van der Heiden，54th Internationa l AstronauticalCongress of the International Astronautical Federation，the InternationalAcademy of Astronautics，and the I nternational Institute of Space Law 29September-3 October 2003，Bremen，Germany，“A novel digital sun sensor：development and qualification for flight.”一文中介绍了介绍了荷兰TNO对APS太阳敏感器的实现，提到FPGA对APS太阳敏感器进行图像处理，但是具体图像处理方法并未公布。 

Franco BOLDRINI，EIisabetta MONNINI，“THE OFFICINE GALILEODIGITAL SUN SENSOR.”一文中介绍了伽利略实现的APS太阳敏感器，提到ASIC对APS太阳敏感器进行图像处理，但是也并未涉及具体图像处理的方法。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种APS太阳敏感器的快速图像处理方法，该方法解决了APS太阳敏感器图像处理系统大容量存储器使用的问题，大大降低敏感器的系统功耗，避免了处理器对大容量存储器的访问，提高了敏感器数据更新率。 

本发明的技术解决方案是：一种APS太阳敏感器的快速图像处理方法，该方法通过FPGA实现，具体步骤如下： 

(1)在FPGA内部建立一个移位寄存器ShiftR1023用于记录当前像元右上像元的标记值；建立一个移位寄存器ShiftR1024用于记录当前像元上面像元的标记值；建立两个寄存器组PING_EQR和PANG_EQR用于存储连通区域标记的等效表；建立两个内部双口RAM PING_XA和PANG_XA用于存储质心法中X坐标因子XA；建立两个内部双口RAM PING_YA和PANG_YA用于存 储质心法中的Y坐标因子YA；建立两个内部双口RAM PING_GA和PANG_GA用于存储质心法中的灰度累积GA；