驟2的具體步驟為：
[0078] 選擇5X5的鄰域尺寸計(jì)算步驟1中得到的4(1，7)邊緣候選點(diǎn)幾何中所有像 素的梯度統(tǒng)計(jì)量特征，梯度統(tǒng)計(jì)量特征包括：10000000，〇 1000000，〇〇 100000，〇〇〇 10000， 00001000,00000100,00000010,00000001 的八個(gè)單方向特征量，以及 10001000,01000100， 00100010,00010001的連續(xù)性4個(gè)特征量；
[0079] 通過(guò)這十二個(gè)特征量篩選GE(x，y)得到圖像上的地球圓盤邊緣點(diǎn)。
[0080] 步驟3 :構(gòu)建基于地球圓盤橢球模型的誤差函數(shù)，將步驟2得到的邊緣點(diǎn)在探測(cè)器 坐標(biāo)系下的坐標(biāo)帶入函數(shù)，進(jìn)行最小二乘迭代擬合，求解得到亞像素級(jí)地心矢量。
[0081] 亞像素級(jí)地心矢量通過(guò)以下步驟計(jì)算：
[0082] 當(dāng)軌道為地球靜止軌道時(shí)：
[0083] A.在地球靜止軌道上估計(jì)地心矢量時(shí)，由于軌道高度與地球半徑變化之間的比例 可以忽略，建立不考慮地球扁率的圓球模型的誤差函數(shù)，考慮紫外波段相機(jī)的三軸姿態(tài)分 別為：滾轉(zhuǎn)角Φ，偏航角為Φ，俯仰角Θ，誤差函數(shù)為：
[0085] 其中，i表示邊緣點(diǎn)的數(shù)量，取值范圍是[1，n]，x# y i是邊緣點(diǎn)在敏感器坐標(biāo)系 下的坐標(biāo)，X。與y。是地心在敏感器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，z 實(shí)際焦距值，L表示地球半徑在 敏感器坐標(biāo)系的大小，上標(biāo)2表示算數(shù)平方，符號(hào)Σ表示求和。
[0086] 其中，系數(shù)A，B，C，D，E，F(xiàn)分別為：
[0093] 其中，k為視角半徑，計(jì)算公式為：
[0095] 其中，R是地球半徑，r是地心距，符號(hào)V表示算數(shù)開方，符號(hào)tan表示正切三角運(yùn) 算。
[0096] 當(dāng)軌道高度屬于中低地球軌道時(shí)：
[0097] B.在中低軌上，建立考慮地球扁率的橢球模型的誤差函數(shù)，建立誤差函數(shù)為：
[0099] 其中，i表示邊緣點(diǎn)的數(shù)量，取值范圍是[1，η]，x# y ;是邊緣點(diǎn)在敏感器坐標(biāo)系 下的坐標(biāo)，X。與y。是地心在敏感器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，z 實(shí)際焦距值，L表示地球半徑在 敏感器坐標(biāo)系的大小，上標(biāo)2表示算數(shù)平方，符號(hào)Σ表示求和。
[0100] 其中，系數(shù)A，B，C，D，E，F(xiàn)分別為：
[0107] 其中，61與e2分別為地心慣性坐標(biāo)系下經(jīng)度方向扁率與煒度方向扁率，上標(biāo)2表 示算數(shù)平方，L的計(jì)算公式為：
[0109] 其中，Φ、Φ與Θ分別為敏感器坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系間的三軸姿態(tài)角度的滾轉(zhuǎn) 角、偏航角與俯仰角，Ω、1與U分別為軌道坐標(biāo)系與地心慣性坐標(biāo)系間的升交點(diǎn)赤經(jīng)、軌道 傾角與真近點(diǎn)角，cos與sin分別表示三角余弦和正弦函數(shù)運(yùn)算，符號(hào)X表示算數(shù)乘積。
[0110] 將步驟3中得到的邊緣帶入誤差函數(shù)或者采用最小二乘擬合進(jìn)行迭代求 解，當(dāng)誤差函數(shù)最小收斂的閾值取2. 2204X 10 16,當(dāng)不高于此閾值時(shí)得到最優(yōu)解X。、y。與 艮，構(gòu)建地心矢量。
[0111] 地心單位矢量R的計(jì)算公式為：
[0113] 其中，x。、y。為解算得到的地心坐標(biāo)最優(yōu)解，f為敏感器焦距，符號(hào)X表示算數(shù)乘 積，符號(hào)V表示算數(shù)開方。
[0114] 地心距計(jì)算公式為：
[0116] 其中R^th為地球半徑，1^為解算得到的像平面上地球半徑，IFOV為敏感器設(shè)計(jì)的 瞬時(shí)視場(chǎng)，符號(hào)sin表示正弦三角運(yùn)算，符號(hào)X表示算數(shù)乘積。
[0117] 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述 特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影 響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于紫外輻射模型的地心矢量方向提取方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1 :通過(guò)紫外波段相機(jī)在軌道上采集地球圖像，得到地球的紫外譜段圖像，從原始 采集圖像、右圖像沿X方向和Y方向分別計(jì)算像素梯度值，對(duì)圖像進(jìn)行梯度圖計(jì)算，包括Sobel算子梯度計(jì)算，并依照梯度值的排序選取邊緣候選點(diǎn)； 步驟2 :對(duì)處理得到的梯度圖像的逐邊緣候選點(diǎn)進(jìn)行LBP統(tǒng)計(jì)量計(jì)算，并對(duì)邊緣候選點(diǎn) 梯度統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行分析，提取得到的符合地球紫外輻射特性的地球圓盤邊緣點(diǎn)； 步驟3 :構(gòu)建基于地球圓盤橢球模型的誤差函數(shù)，將步驟2得到的邊緣點(diǎn)在探測(cè)器坐標(biāo) 系下的坐標(biāo)帶入函數(shù)，進(jìn)行最小二乘迭代擬合，求解得到亞像素級(jí)地心矢量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紫外輻射模型的地心矢量方向提取方法，其特征在 于，所述亞像素級(jí)地心矢量通過(guò)以下步驟計(jì)算所得： 當(dāng)軌道為地球靜止軌道時(shí)： A. 在地球靜止軌道上估計(jì)地心矢量時(shí)，由于軌道高度與地球半徑變化之間的比例可以 忽略，建立不考慮地球扁率的圓球模型的誤差函數(shù)，考慮紫外波段相機(jī)的三軸姿態(tài)分別為： 滾轉(zhuǎn)角Φ，偏航角為Φ，俯仰角Θ，誤差函數(shù)< 為：式中，i表示邊緣點(diǎn)的數(shù)量，取值范圍是[1，η]，1;與y;是邊緣點(diǎn)在敏感器坐標(biāo)系下的 坐標(biāo)，X。與y。是地心在敏感器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，ZiS實(shí)際焦距值，表示地球半徑在敏感 器坐標(biāo)系的大小，上標(biāo)2表示算數(shù)平方，符號(hào)Σ表示求和； 其中，系數(shù)A，B，C，D，E，F(xiàn)分別為： A = _k2sin2 Θ +c〇s2 Θ，其中，k為視角半徑，計(jì)算公式為：式中，R是地球半徑，r是地心距，符號(hào)V表示算數(shù)開方，符號(hào)tan表示正切三角運(yùn)算； 當(dāng)軌道高度屬于中低地球軌道時(shí)： B. 在中低軌上，建立考慮地球扁率的橢球模型的誤差函數(shù)，建立誤差函數(shù)為： 范圍是[1，η]，^與y1是邊緣點(diǎn)在敏感器坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，X。與y。是地心在敏感器坐式中，i表示邊緣點(diǎn)的數(shù)量，取值的坐標(biāo)，ZiS實(shí)際焦距值，L表示地球半徑在敏感器坐 標(biāo)系的大小，上標(biāo)2表示算數(shù)平方，符號(hào)Σ表示求和； 其中，系數(shù)A，B，C，D，E，F(xiàn)分別為：其中，e#e2分別為地心慣性坐標(biāo)系下經(jīng)度方向扁率與煒度方向扁率，上標(biāo)2表示算 數(shù)平方，L的計(jì)算公式為：式中，φ、φ與Θ分別為敏感器坐標(biāo)系與軌道坐標(biāo)系間的三軸姿態(tài)角度的滾轉(zhuǎn)角、偏 航角與俯仰角，Ω、I與U分別為軌道坐標(biāo)系與地心慣性坐標(biāo)系間的升交點(diǎn)赤經(jīng)、軌道傾角 與真近點(diǎn)角，cos與sin分別表示三角余弦和正弦函數(shù)運(yùn)算，符號(hào)X表示算數(shù)乘積； 將步驟3中得到的邊緣帶入誤差函數(shù)<或者采用最小二乘擬合進(jìn)行迭代求解， 當(dāng)誤差函數(shù)最小收斂的閾值取2. 2204X10 16,當(dāng)不高于此閾值時(shí)得到最優(yōu)解與Re，構(gòu) 建地心矢量； 地心單位矢量R的計(jì)算公式為：式中，\、y。為解算得到的地心坐標(biāo)最優(yōu)解，f為敏感器焦距，符號(hào)X表示算數(shù)乘積，符 號(hào)V表示算數(shù)開方。 地心距計(jì)算公式為：式中，R_h為地球半徑，為解算得到的像平面上地球半徑，IFOV為敏感器設(shè)計(jì)的瞬 時(shí)視場(chǎng)，符號(hào)Sin表示正弦三角運(yùn)算，符號(hào)X表示算數(shù)乘積。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紫外輻射模型的地心矢量方向提取方法，其特征在 于，所述步驟1中Sobel算子梯度計(jì)算公式為：式中，G(x，y)表示圖像坐標(biāo)為（x，y)的像素的梯度值，Gx(x，y)表示該點(diǎn)的X方向梯度 分量，GY(x，y)表示該點(diǎn)的Y方向梯度分量，X，y為圖像坐標(biāo)系下像素坐標(biāo)，符號(hào)V表示算數(shù) 開方。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紫外輻射模型的地心矢量方向提取方法，其特征在 于，所述步驟1中依照梯度值的排序選取邊緣候選點(diǎn)的具體步驟為： 1) 將梯度體上逐像素點(diǎn)的梯度特征值按照大小排列，取最大值的〇. 75-0. 85倍為閾 值； 2) 通過(guò)以下公式計(jì)算候選邊緣點(diǎn)： Ge(x,y) ^ (0. 75 ~ 0. 85)XGnax(x,y) 式中，G_(x，y)為梯度圖最大值，GE(x，y)為步驟1篩選得到的候選邊緣點(diǎn)集合，符 號(hào)X表;^乘積。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紫外輻射模型的地心矢量方向提取方法，其特征在 于，所述步驟2中的梯度統(tǒng)計(jì)量LBP的計(jì)算公式為：，gp為鄰域像素灰度值，g。為中心像素灰度值，（X。，y。）為中心 像素坐標(biāo)，P為模板采樣數(shù)，R為模板像素半徑，gl為兩像素灰度值的差值，符號(hào)Σ表示求 和，R取值為5個(gè)像素。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于紫外輻射模型的地心矢量方向提取方法，其特征在 于，所述步驟2的具體步驟為： 521、 選擇5X5的鄰域尺寸計(jì)算步驟1中得到的GE(x，y)邊緣候選點(diǎn)幾何中所有像素 的梯度統(tǒng)計(jì)量特征，包括 10000000,01000000,00100000,00010000,00001000,00000100， 00000010,00000001 的八個(gè)單方向的特征量，以及 10001000,01000100,00100010， 00010001的連續(xù)性4個(gè)特征量； 522、 通過(guò)上述十二個(gè)特征量篩選GE(x，y)得到圖像上的地球圓盤邊緣點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于紫外輻射模型的地心矢量方向提取方法，包括如下步驟：采集圖像，通過(guò)采用Sobel微分檢測(cè)算子計(jì)算像素在X方向上和Y方向上梯度值，以得到原圖像的梯度圖；通過(guò)在梯度圖上統(tǒng)計(jì)像素點(diǎn)的5×5鄰域的局部二值模式，通過(guò)在LBP特征的所有32種模式中選取4種邊緣點(diǎn)特征候選模式，實(shí)現(xiàn)邊緣點(diǎn)的提??；構(gòu)建了基于橢球模型的誤差函數(shù)；通過(guò)帶入邊緣點(diǎn)，采用最小二乘算法迭代求解得到像平面的地心坐標(biāo)和半徑，進(jìn)而解算得到地心矢量方向和地心距。本發(fā)明在中低軌和高軌自主導(dǎo)航過(guò)程中通過(guò)最小二乘擬合算法解算出地心圓盤中心，能夠得到亞像素級(jí)的地心位置精度估計(jì)。
【IPC分類】G01C21/00, G01C21/20
【公開號(hào)】CN105300376
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510741026
【發(fā)明人】張翰墨, 彭?xiàng)? 孫俊
【申請(qǐng)人】上海新躍儀表廠
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月4日