[发明专利]一种高精度亚像素模拟星图以及亚像素提取方法

说明书

本发明公开了一种高精度亚像素模拟星图以及亚像素提取方法，步骤如下：输入星敏感器CCD相机内参，以及相机视轴所在位置；遍历SAO星表，储存筛选所获得的恒星的相关数据；构建投影数学模型，变换为计算机识别的像素坐标系；进行图像数字化处理；给仿真星图添加高斯噪音和椒盐噪点；对星图进行灰度阈值分割，进行星点提取；进行拟合计算，获得星点光斑质心坐标对映射坐标与真实坐标进行误差分析，实现亚像素提取；计算星间角距误差，满足星图模拟提取的精度需求。本发明实现了误差补偿方法，达到了亚像素级别处理，使星间角距误差满足了1角秒要求。

技术领域

本发明涉及图像处理，特别是一种高精度亚像素模拟星图以及亚像素提取方法。

背景技术

星敏感器技术最早出现于20世纪中期，其发展经历可划分为四个阶段早期星敏感器，第一代CCD星敏感器，第二代CCD星敏感器与第三代APS-CMOS星敏感器。随着航天技术的不断发展，其研究内容涉及星敏感器光学系统设计，模拟星图方法，星点质心提取算法，星图识别方法，与参数标定等方面，星敏感器理论和方法体系已经初步形成。天文导航应用观测天体位置与模拟星图的匹配来确定航空体的空间位置。模拟星图作为天文导航重要组成部分，以天球坐标系下星体的赤经，赤纬坐标通过坐标变换及投影模拟星敏感器CCD相机捕捉星点的成像，使之与星敏感器CCD相机实际捕捉星点成像进行准确匹配。针对这一要求，设计了一种根据星敏感器CCD相机内参而模拟的星图成像，遍历导航星表，根据星敏感器CCD相机内参，和成像屏幕的分辨率模拟星敏感器CCD相机视轴所在天球赤道坐标系下的星点成像。

现有技术方案通过CCD相机的数学模型实现基于星敏感器的星图模拟，通过不同设计方案，实现相应的星图成像。但采用这种方式，成像星点实际位置误差较大，并且难以将恒星星等与灰度相关联，可视化程度低，所以需要一种更准确的方法，进行模拟星敏感器CCD相机成像星点显示。在图像获取或者传输过程中会受到随机信号的干扰而产生噪声，例如电阻引起的热噪声、光子噪声等，星敏感器CCD相机经相机成像，图像传输，解码处理时会产生黑白相间的亮暗点噪声，称为椒盐噪声，在后续图像处理中会产生干扰星影响，现有星图并未进行伪干扰星模拟，降低星图的真实性，无法根据不同星敏感器CCD相机内参进行快速仿真。同时，现有的模拟星图，理论星点质心与实际提取的质心的误差较大，甚至仍处于像素级别的提取，未实现亚像素处理，即使实现亚像素提取精度较差，无法使星间角距误差满足1角秒的要求。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种高精度亚像素模拟星图以及亚像素提取方法，从而达到亚像素级别处理，使星间角距误差满足1角秒的要求。

技术方案：本发明所述的一种高精度亚像素模拟星图以及亚像素提取方法，包括以下步骤：

(1)输入星敏感器CCD相机内参，以及相机视轴所在位置。

(2)读取SAO星表文件，遍历SAO星表，根据视轴所在视场的大小从SAO星表中筛选视场内恒星，并储存筛选所获得的恒星的相关数据，包括赤经、赤纬以及星等。

(3)根据CCD针孔相机模型成像原理，构建投影数学模型，将世界坐标系中的三维点状目标投影到二维点，由天文学中常用的天球赤道坐标系变换到空间直角坐标系，再由空间直角坐标系投影到星敏感CCD相机成像坐标系，最后变换为计算机识别的像素坐标系。

(4)进行图像数字化处理，为实现星点的亚像素显示，根据二维高斯数学模型模拟星点光斑成像，为表示质心偏移程度，将各像素轴方向的误差与二维高斯模型联立，最后将光斑内像素的灰度值与星等值进行线性关联。

(5)为达到模拟真实CCD星敏感器成像，给仿真星图添加高斯噪音，模拟外部光照等环境的干扰，添加椒盐噪点，模拟因随机信号的干扰而产生的噪声，包括电阻引起的热噪声、光子噪声。

(6)随机视轴测试成像结果，通过像素级别的质心提取并对视场内任意两恒星进行星间角距误差分析；所述的角距误差分析的计算公式为：