[发明专利]一种用于数字式太阳敏感器的光斑识别方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像信号处理技术，尤其涉及一种用于数字式太阳敏感器的光斑识别方法及装置。

背景技术

太阳敏感器是以太阳为基准方位，用以测量太阳视线与卫星等航天器某一体轴或坐标平面之间夹角的一种姿态敏感器。基于面帧图像传感器和单孔掩膜的数字式太阳敏感器的工作原理如图1所示，太阳光线经光学掩膜的透光小孔O，透射到图像传感器上形成光斑L，太阳光线的入射角度不同，光斑位置就不同，数字式太阳敏感器根据光斑位置测算出太阳光线的入射角度β，从而确定卫星等航天器的姿态。

通常，地球反照光是影响数字式太阳敏感器可靠工作的主要干扰杂光，目前公开的防止地球反照光影响数字式太阳敏感器可靠工作的方法有：通过特殊的安装方式对数字式太阳敏感器进行安装；或者，通过光谱滤光来尽量避免地球反照光进入数字式太阳敏感器，并通过光斑特征识别并剔除地球反照光，从而在一定程度上克服地球反照光的影响。

但是，采用特殊安装方式的方法时，在卫星非正常姿态的状态下，或遇到地球强镜面反射的情况，如冰川反射，地球反照光就会进入数字式太阳敏感器的视场范围，而且如果地球反照光是正入射方向，太阳光是斜入射方向时，两者形成的光斑将无法按照光强进行区分，进而影响数字式太阳敏感器的可靠工作。

通过光谱滤光降低到达数字式太阳敏感器的地球反照光强度时，并根据光斑大小和强度来区分太阳光斑和地球反照光形成的地球光斑，来保证数字式太阳敏感器的可靠工作，确定卫星等航天器的状态。然而，这种光谱滤光的方法中根据光斑大小和强度区分太阳光斑和地球光斑的理论依据是：认为光斑光强的变换规律满足能量余弦效应，而这种假设不仅忽略了光谱滤光片会随太阳入射角度的变化而透射率发生变化的特性，且这种特性随着光谱滤光片厚度的增加会越为明显；还忽略了图像传感器的温度特性，即在相同入射光能量的情况下，图像传感器上形成的光斑强度会随着温度的变化而变化。因此，该方法中按照能量余弦效应的变化规律来区分太阳光斑和地球光斑会存在较大误差，甚至会发生误判，使得数字式太阳敏感器工作的可靠性降低。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于数字式太阳敏感器的光斑识别方法，能实现太阳光斑和地球光斑的区分，从而避免地球反照光对数字式太阳敏感器的影响，保证数字式太阳敏感器的可靠工作，同时提供一种所述方法的FPGA实现装置，有利于数字式太阳敏感器的集成化设计。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于数字式太阳敏感器的光斑识别方法，所述方法包括下述步骤：

获取数字式太阳敏感器前一帧图像的光斑在当前帧图像中的估计移动距离；计算当前帧图像的光斑相对于前一帧图像的光斑的实际移动距离；将实际移动距离与估计移动距离进行比较，根据比较结果对当前帧图像的光斑进行标记。

进一步地，所述计算当前帧图像的光斑相对于前一帧图像的光斑的实际移动距离为：计算前一帧图像的光斑质心与当前帧图像的光斑质心的坐标差值对应的模，得到当前帧图像的光斑相对于前一帧图像的光斑的实际移动距离。

进一步地，所述将实际移动距离与估计移动距离进行比较，根据比较结果对当前帧图像的光斑进行标记具体为：

计算实际移动距离与估计移动距离的差值绝对值，当差值绝对值小于预设的估计最大偏差时，则差值绝对值与估计最大偏差两者一致，否则，差值绝对值与估计最大偏差两者不一致；

当两者一致，且所述前一帧图像的光斑标记为太阳光斑或地球光斑时，则将所述当前帧图像的光斑标记为太阳光斑或地球光斑，若有另一光斑则标记为地球光斑或太阳光斑；

当两者不一致，且所述前一帧图像的光斑标记为太阳光斑或地球光斑时，则将所述当前帧图像的光斑标记为地球光斑或太阳光斑，若有另一光斑则标记为太阳光斑或地球光斑。

其中，当所述前一帧图像的光斑没有光斑标记时，所述方法还包括：

根据光斑特征匹配当前帧图像的光斑和前一帧图像的光斑，当至少存在一个相匹配的光斑时，将相匹配的光斑标记为假定太阳光斑；

相应地，所述获取数字式太阳敏感器前一帧图像的光斑在下一帧图像中的估计移动距离具体为：获取数字式太阳敏感器前一帧图像的假定太阳光斑在当前帧图像中的估计移动距离；

所述计算当前帧图像的光斑相对于前一帧图像的光斑的实际移动距离具体为：计算当前帧图像的假定太阳光斑相对于前一帧图像的假定太阳光斑的实际移动距离。

进一步地，所述根据光斑特征匹配当前帧图像的光斑和前一帧图像的光斑具体为：