[发明专利]一种全站仪及其星图识别方法

说明书

本发明涉及一种全站仪及其星图识别方法；通过全站仪对恒星进行连续拍照，获取恒星在像面的运动轨迹，并采用多项式拟合轨迹；根据拟合的轨迹模型，外推出在设定时刻恒星的像点坐标，并采用全站仪图像坐标和度盘坐标转换模型，获取至少三颗恒星的观测水平角和高度角；计算任意两颗恒星之间的角距信息，并以角距信息为匹配条件，设定合理的阈值，完成匹配，并识别出星图中的恒星。本发明可实现无需测站概略位置的全站仪的星图识别，使天文测量作业员无需专业的识星知识，即可进行星图的识别。

技术领域

本发明属于天文学图像处理领域，具体涉及一种全站仪及其星图识别方法。

背景技术

天文测量是依靠恒星、行星、太阳和月亮等自然天体实现精确定位、定向的一种技术，具有很强的自主性和抗干扰性，可作为卫星导航系统的重要备份手段。

目前，经典的星图识别需要一幅星图包含多个星点，利用恒星之间的角距信息进行识别，但天文测量作业员需要根据测站概略坐标和专业的识星知识，进行星图的识别，其星图识别效率较低。

而随着图像全站仪技术的日益成熟，其自动拍照功能可以代替人的肉眼实现对自然天体的自动观测，大大提高天文测量的作业效率和精度。但，鉴于图像全站仪的成像视场一般只有1°，且CMOS成像元器件感光度较低，一次只能对1颗较亮的恒星进行成像，因此，目前采用图像全站仪进行恒星识别的研究并不成熟。

所以，亟需一种能够解决天文测量作业员依赖测站概略坐标和专业识星知识，导致星图识别效率低的问题的星图识别方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种全站仪及其星图识别方法，用以解决天文测量作业员依赖测站概略坐标和专业识星知识，导致星图识别效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于全站仪的星图识别方法，包括以下步骤：

1)利用全站仪的图像采集模块获取连续的恒星图像，并记录成像时刻和全站仪的水平角和高度角；

2)对获取的每幅恒星图像进行质心提取，根据各时刻提取出的质心拟合出恒星像点轨迹模型；

3)根据恒星像点轨迹模型外推出的设定时刻恒星的像点坐标以及全站仪像素坐标和度盘坐标转换模型，计算恒星在设定时刻的观测水平角和高度角；

4)利用步骤1)-步骤3)分别获取至少三颗恒星在设定时刻的观测水平角和高度角；

5)根据获取的至少三颗恒星在设定时刻的观测水平角和高度角，计算任意两颗恒星之间的观测角距；

6)将得到的任意两颗恒星之间的理论角距与观测角距作差后，与设定阈值比较，若差值的绝对值均小于设定阈值，则匹配出星对；以各匹配出的星对的交集作为识别出的恒星。

本发明的有益效果为：本发明通过全站仪对恒星进行连续拍照，获取不同时刻下的恒星图像，并对获取的不同时刻下的恒星图像进行质心提取，根据各时刻提取出的质心拟合出恒星像点轨迹模型；根据恒星像点轨迹模型外推出的设定时刻恒星的像点坐标以及全站仪像素坐标和度盘坐标转换模型，分别计算出至少三颗恒星在设定时刻的观测水平角和高度角；进而得到任意两颗恒星之间的观测角距，并将其与理论角距作差后，与设定阈值比较，若差值的绝对值均小于设定阈值，则匹配出星对；以各匹配出的星对的交集作为识别出的恒星；即本发明实现了无需测站概略位置的全站仪的星图识别，使天文测量作业员无需专业的识星知识，即可进行星图的识别。

进一步地，为了准确地进行质心提取；所述步骤2)中恒星图像的质心提取采用灰度平方加权质心法。

进一步地，为了计算下一时刻的恒星像点的坐标；所步骤3)中的恒星像点轨迹模型外推出的设定时刻恒星的像点坐标为

x＝x₀+v_x·t