[发明专利]一种全天时星敏感器实时星点提取方法

说明书

本发明提供一种全天时星敏感器实时星点提取方法，首先将原始图像数据的格式转换成AXI Stream的流媒体格式，以实现流水线过程的速率控制；以TopHat算法为核心进行星点图像与背景图像的剥离；利用邻域的灰度均值信息进行局部法提取有效的星点区域；最后再通过流水线顺序遍历的连通域标记方法得到图像上星点的准确质心位置；一方面，该方法相比简单的全局方法具有较强的背景噪声抗性，能够在白昼高背景干扰的情况下实现天体的稳定捕获；另一方面，本发明的全天时星敏感器星点提取方法还可以借助高阶综合编译工具在FPGA平台上得以以流水线处理的形式实现。

技术领域

本发明属于绝对姿态测量领域，尤其涉及一种全天时星敏感器实时星点提取方法。

背景技术

全天时星敏感器旨在解决全天时条件下高精度天文位姿测量的问题，昼间天文观测时剧烈的天空背景照射引起的极低信噪比是该装置的关键技术难点。在光机硬件上，全天时星敏感器普遍采用了小探测视场和偏红外探测谱段的设计。实际观测结果表明，纵使采用角分级的视场和短波红外的探测谱段，天体成像的信噪比仍然较低。为弥补小视场的光机设计，全天时星敏感器采用伺服式寻星动态观测多个指向上的不同天体。这就要求每次观测图像的星点提取必须实时快速。

关于适用于全天时星敏感器的星点提取方法，尚未有公开专利。

根据相关检索，目前全天时星敏感器的星点提取方法分为两类。一类沿袭自传统星敏感器，采用全局阈值分割的方法将星点从背景中分割出来。虽然一些改进方法会根据图像统计信息对阈值进行实时调整，但在复杂背景下星点的实际提取效果并不理想。另一类方法以天体成像光斑的灰度梯度分布为特征进行目标提取，这类方法需要进行大量的数值计算。数值计算则依赖于DSP、ARM等嵌入式处理器，运算串行执行，运算耗时长，方法实时性差。而改用多核嵌入式处理器虽然能提高运算效率，但内存共享调度机制难以满足并行计算的需求。

综上所述，目前还没有一种针对全天时条件下复杂强烈天空背景中星点实时提取的方法。现有的处理方法或过于简单对背景干扰的抗性不足，或数值计算量较大且依赖于嵌入式处理器的顺序运算执行而导致运行时间过长，无法满足实时观测需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种全天时星敏感器实时星点提取方法，能够在白昼高背景干扰的情况下实现星点区域的稳定捕获。

一种全天时星敏感器实时星点提取方法，包括以下步骤：

S1：将星敏感器成像端获取的原始星图数据的格式转换为AXI Stream的流媒体格式后，再采用TopHat算法对格式转换后的星图数据进行背景去噪处理，得到背景滤除后的星图；

S2：将背景滤除后的星图经过盒装滤波器后得到一幅均值图像，将均值图像的各像元分别作为中心像元，并根据中心像元的灰度均值是否大于其任一斜四邻域的灰度均值来判断当前中心像元是否为星点像元；

S3：根据各星点像元所在行和所在列是否相邻来实现星点像元的连通域划分；

S4：采用重心法获取各个连通域所表征的星点区域的坐标。

进一步地，在判断当前中心像元是否为星点像元时，其斜四邻域像元在内存中的调用方法如下：

构建一个包括七个缓存行的滚动存储结构，且所述滚动存储结构的缓存行号按照0～6进行编号，滚动存储结构用于存储均值图像上当前中心像元所在行的像元、当前中心像元所在行的前三行像元以及后三行像元；其中，若当前中心像元为其所在行的最后一个像元且当前中心像元已完成是否为星点像元的判断后，将排在当前中心像元所在行前面的第三行像元所在的缓存行进行清空，并将当前中心像元所在行的下一行作为下一个中心像元的所在行，还将排在下一个中心像元的所在行后面的第三行像元存储于被清空的缓存行中，并将该缓存行的行号记为k；

按照如下公式获取当前中心像元及其斜四邻域像元在滚动存储结构中的缓存行号：