[发明专利]一种基于线阵APS图像传感器的小型双轴太阳敏感器

权利要求书

1.一种基于线阵APS图像传感器的小型双轴太阳敏感器，其特征在于：包括光电组件、图像采集与预处理单元、图像处理和误差补偿单元，其中光电组件包括掩膜板和APS图像传感器，图像采集与预处理单元包括视频放大器、A/D转换器和FPGA，图像处理和误差补偿单元包括单片机和存储器ROM，其中： 

掩膜板：将太阳光线投影到APS图像传感器，产生具有双轴太阳角信息的光信号； 

APS图像传感器：接收FPGA输出的APS图像传感器工作时序，将所述具有双轴太阳角信息的光信号转化为电信号，并将所述电信号发送给视频放大器； 

视频放大器：接收APS图像传感器输出的电信号进行滤波和信号放大，并输出给A/D转换器； 

A/D转换器：接收FPGA输出的A/D转换器工作时序，将视频放大器输出的模拟信号转换为数字信号，供FPGA采集； 

FPGA：将APS图像传感器工作时序输出给APS图像传感器，将A/D转换器工作时序输出给A/D转换器，采集A/D转换器输出数字图像信号，进行图像预处理，并将预处理的结果供单片机读取； 

单片机：从FPGA读取图像预处理后的结果，完成图像处理，从存储ROM中读取误差补偿系数进行误差补偿； 

存储器ROM：存储误差补偿系数。 

2.根据权利要求1所述的一种基于线阵APS图像传感器的小型双轴太阳敏感器，其特征在于所述光电组件中的掩膜板为“N”形五光缝玻璃板结构，玻璃板上具有五条光缝，中间三条为等间距的直缝，直缝两边各有一条斜缝，正中间的1条垂直缝S0与最外侧的两条倾斜光缝S1、S2呈大写 的“N”形分布，两条倾斜光缝S1、S2与中间的垂直缝S0间的夹角为γ，S0与APS图像传感器的排列方向正交，在正中间的光缝S0两侧等间距布有与其平行的两条辅助光缝S0L、S0R，用于中间光缝S0的识别，掩膜板位于APS图像传感器上方的平面内；其中γ的角度取值范围为30°～60°。 

3.根据权利要求1或2所述的一种基于线阵APS图像传感器的小型双轴太阳敏感器，其特征在于所述FPGA包括图像采集模块、图像预处理模块、双口RAM、单片机接口模块、时钟分频模块、全局时钟和复位时钟管理模块，其中： 

图像采集模块：产生APS图像传感器工作时序和A/D工作时序，采集A/D转换器输出图像灰度值v_i，i＝1～2048，将图像灰度值v_i输出给图像预处理模块；同时从时钟分频模块接收分频后的时钟信号； 

图像预处理模块：接收图像采集模块输出的图像灰度值v_i，提取图像中的有效太阳光斑信息，具体方法如下： 

(1)、对每个像元图像进行去背景处理，公式如下： 

v′_i＝v_i-v_bk， 

其中：v′_i为第i个像元经去背景处理后的输出值，v_i为第i个像元灰度值，v_bk为去背景阈值； 

(2)、利用如下公式得到每个亮斑的质量矩因子XA和每个亮斑的灰度和GA； 

其中： 

i为像元序号，m为光斑的起始像元，n为光斑的终止像元； 

(3)、将运算结果存储到双口RAM模块，重复步骤(1)～(3)，直至处理完成一幅图像中所有的太阳亮斑信息； 

双口RAM：包括质量矩因子XA_RAM、每个亮斑的灰度和GA_RAM以及预处理结果输出OUT_RAM，其中将每个亮斑的所有像元利用乘法器实现的i×v'_i运算结果存储到XA_RAM中，将每个亮斑的所有像元对应的灰度值v′_i存储到GA_RAM中，将每个亮斑的质量矩因子XA和每个亮斑的灰度和GA存储到OUT_RAM中； 

单片机接口模块：连接单片机与双口RAM中的OUT_RAM，接收单片机输出的读写信号和地址信号，由单片机从OUT_RAM中读取运算结果； 

复位和时钟管理模块：接收外部输入的复位信号，实现复位信号的同步释放，接收外部输入的时钟信号，将时钟信号接入FPGA的全局时钟； 

全局时钟：FPGA内部高速信号走线网络，从复位和时钟管理模块接收外部输入的时钟信号，并将所述时钟信号输出给时钟分频模块； 

时钟分频模块：对外部输入的时钟信号进行分频处理，分频后的时钟信号输出给图像采集模块。