[发明专利]一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法。该方法包括：选取全天空图像中的目标星点，并确定目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻目标星点的真实方位角和真实天顶角；基于真实方位角、全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数，并根据误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位；根据星点位置坐标和真实天顶位置确定目标星点的成像半径，并根据真实天顶角和成像半径拟合得到全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。本发明实施例的技术方案，以实现不受地域局限快速准确对全天空成像仪进行几何定标，全天空成像仪几何定标更加灵活。

技术领域

本发明实施例涉及几何定标技术领域，尤其涉及一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法。

背景技术

全天空成像仪是一种重要的地基空间环境光学观测设备，准确的“物像”光学几何对应关系是获取极光结构的实际尺度大小、确定全天空极光图像到地理、地磁坐标系投影变换以及实现全天空成像仪与卫星联合观测的基础，这对于研究相关的空间物理过程和机制是极其重要的。

传统的全天空极光成像仪几何定标方法需要在实验室条件下，需要借助专门的定标设备，通过旋转全天空相机对特定的标志物进行拍照，拟合得到成像半径与天顶角之间关系，上述几何定标方法不能确定全天空图像中天顶的像素点位置以及地理方位信息。此外，在全天空成像仪的实际使用过程中，由于成像固件(CCD等)、光路镜头更新、设备维修，全天空成像仪的“物像”关系均会发生变化，对于安装在野外观测站点(比如南北极地区)的全天空极光成像仪而言，采用实验室重新定标是一件非常困难的事情。另一方面，已有的基于星点的全天空极光成像仪几何定标方法中，需要手动解算天顶在全天空图像中的位置，过程复杂，利用单颗星点确定地理方位信息，存在偶然误差，拟合成像半径与天顶角的关系时所使用的星点数量较少，难以保证较高的精度。

发明内容

本发明实施例提供一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法，以实现不受地域局限快速准确对全天空成像仪进行几何定标，全天空成像仪几何定标更加灵活。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法，该几何定标方法包括：

选取全天空图像中的目标星点，并确定所述目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻所述目标星点的真实方位角和真实天顶角；

基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数，并根据所述误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位；

根据所述星点位置坐标和所述真实天顶位置确定所述目标星点的成像半径，并根据所述真实天顶角和所述成像半径拟合得到所述全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标装置，该几何定标装置包括：

真实数据确定模块，用于选取全天空图像中的目标星点，并确定所述目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻所述目标星点的真实方位角和真实天顶角；

误差函数构建模块，用于基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数；

几何定标确定模块，用于根据所述误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位，并根据所述星点位置坐标和所述真实天顶位置确定所述目标星点的成像半径，并根据所述真实天顶角和所述成像半径拟合得到所述全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。

第三方面，本发明实施例还提供了一种全天空成像仪，该全天空成像仪包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储多个程序，