專利名稱：一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像信號處理技術(shù)，尤其涉及一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別 方法及裝置。
背景技術(shù)：
太陽敏感器是以太陽為基準(zhǔn)方位，用以測量太陽視線與衛(wèi)星等航天器某一體軸或 坐標(biāo)平面之間夾角的一種姿態(tài)敏感器?；诿鎺瑘D像傳感器和單孔掩膜的數(shù)字式太陽敏感 器的工作原理如圖1所示，太陽光線經(jīng)光學(xué)掩膜的透光小孔0，透射到圖像傳感器上形成光 斑L，太陽光線的入射角度不同，光斑位置就不同，數(shù)字式太陽敏感器根據(jù)光斑位置測算出 太陽光線的入射角度β，從而確定衛(wèi)星等航天器的姿態(tài)。
通常，地球反照光是影響數(shù)字式太陽敏感器可靠工作的主要干擾雜光，目前公開 的防止地球反照光影響數(shù)字式太陽敏感器可靠工作的方法有通過特殊的安裝方式對數(shù)字 式太陽敏感器進(jìn)行安裝；或者，通過光譜濾光來盡量避免地球反照光進(jìn)入數(shù)字式太陽敏感 器，并通過光斑特征識別并剔除地球反照光，從而在一定程度上克服地球反照光的影響。
但是，采用特殊安裝方式的方法時，在衛(wèi)星非正常姿態(tài)的狀態(tài)下，或遇到地球強(qiáng)鏡 面反射的情況，如冰川反射，地球反照光就會進(jìn)入數(shù)字式太陽敏感器的視場范圍，而且如果 地球反照光是正入射方向，太陽光是斜入射方向時，兩者形成的光斑將無法按照光強(qiáng)進(jìn)行 區(qū)分，進(jìn)而影響數(shù)字式太陽敏感器的可靠工作。
通過光譜濾光降低到達(dá)數(shù)字式太陽敏感器的地球反照光強(qiáng)度時，并根據(jù)光斑大小 和強(qiáng)度來區(qū)分太陽光斑和地球反照光形成的地球光斑，來保證數(shù)字式太陽敏感器的可靠工 作，確定衛(wèi)星等航天器的狀態(tài)。然而，這種光譜濾光的方法中根據(jù)光斑大小和強(qiáng)度區(qū)分太陽 光斑和地球光斑的理論依據(jù)是認(rèn)為光斑光強(qiáng)的變換規(guī)律滿足能量余弦效應(yīng)，而這種假設(shè) 不僅忽略了光譜濾光片會隨太陽入射角度的變化而透射率發(fā)生變化的特性，且這種特性隨 著光譜濾光片厚度的增加會越為明顯；還忽略了圖像傳感器的溫度特性，即在相同入射光 能量的情況下，圖像傳感器上形成的光斑強(qiáng)度會隨著溫度的變化而變化。因此，該方法中 按照能量余弦效應(yīng)的變化規(guī)律來區(qū)分太陽光斑和地球光斑會存在較大誤差，甚至?xí)l(fā)生誤 判，使得數(shù)字式太陽敏感器工作的可靠性降低。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方 法，能實(shí)現(xiàn)太陽光斑和地球光斑的區(qū)分，從而避免地球反照光對數(shù)字式太陽敏感器的影響， 保證數(shù)字式太陽敏感器的可靠工作，同時提供一種所述方法的FPGA實(shí)現(xiàn)裝置，有利于數(shù)字 式太陽敏感器的集成化設(shè)計。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法，所述方法包括下述步驟
獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像的光斑在當(dāng)前幀圖像中的估計移動距離；計算當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離；將實(shí)際移動距離與估計移動 距離進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記。
進(jìn)一步地，所述計算當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離 為計算前一幀圖像的光斑質(zhì)心與當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的坐標(biāo)差值對應(yīng)的模，得到當(dāng)前 幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離。
進(jìn)一步地，所述將實(shí)際移動距離與估計移動距離進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前 幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記具體為
計算實(shí)際移動距離與估計移動距離的差值絕對值，當(dāng)差值絕對值小于預(yù)設(shè)的估計 最大偏差時，則差值絕對值與估計最大偏差兩者一致，否則，差值絕對值與估計最大偏差兩 者不一致；
當(dāng)兩者一致，且所述前一幀圖像的光斑標(biāo)記為太陽光斑或地球光斑時，則將所述 當(dāng)前幀圖像的光斑標(biāo)記為太陽光斑或地球光斑，若有另一光斑則標(biāo)記為地球光斑或太陽光 斑；
當(dāng)兩者不一致，且所述前一幀圖像的光斑標(biāo)記為太陽光斑或地球光斑時，則將所 述當(dāng)前幀圖像的光斑標(biāo)記為地球光斑或太陽光斑，若有另一光斑則標(biāo)記為太陽光斑或地球 光斑。
其中，當(dāng)所述前一幀圖像的光斑沒有光斑標(biāo)記時，所述方法還包括
根據(jù)光斑特征匹配當(dāng)前幀圖像的光斑和前一幀圖像的光斑，當(dāng)至少存在一個相匹 配的光斑時，將相匹配的光斑標(biāo)記為假定太陽光斑；
相應(yīng)地，所述獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像的光斑在下一幀圖像中的估計移 動距離具體為獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像的假定太陽光斑在當(dāng)前幀圖像中的估計 移動距離；
所述計算當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離具體為計 算當(dāng)前幀圖像的假定太陽光斑相對于前一幀圖像的假定太陽光斑的實(shí)際移動距離。
進(jìn)一步地，所述根據(jù)光斑特征匹配當(dāng)前幀圖像的光斑和前一幀圖像的光斑具體 為
計算前一幀圖像的光斑與當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑總像素和光斑最大灰度值的 差值絕對值；
當(dāng)所述光斑總像素的差值絕對值和所述光斑最大灰度值的差值絕對值分別小于 預(yù)設(shè)的最大總像素差和最大灰度值差時，則兩者匹配。
進(jìn)一步地，所述將實(shí)際移動距離與估計移動距離進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前 幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記具體為計算假定太陽光斑的實(shí)際移動距離與估計移動距離的差值 絕對值，當(dāng)所述差值絕對值小于預(yù)設(shè)的估計最大偏差時，則假定標(biāo)記正確，否則，假定標(biāo)記 不正確；
假定標(biāo)記正確時，將當(dāng)前幀圖像的假定太陽光斑標(biāo)記為太陽光斑，若有另一光斑 則標(biāo)記為地球光斑；假定標(biāo)記不正確時，將當(dāng)前幀圖像的假定太陽光斑標(biāo)記為地球光斑，若 有另一光斑則標(biāo)記為太陽光斑。
一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別裝置，所述裝置包括光斑識別判斷模塊， 用于根據(jù)光斑移動軌跡，區(qū)分并識別太陽光斑和地球光斑，并根據(jù)識別結(jié)果，對當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記。
進(jìn)一步地，所述光斑識別判斷模塊還包括光斑最大灰度值比較子模塊，用于計算 所述前一幀圖像的光斑與所述當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑最大灰度值的差值絕對值，并對所 述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大灰度值差進(jìn)行比較；
光斑總像素比較子模塊，用于計算所述前一幀圖像的光斑與所述當(dāng)前幀圖像的光 斑的光斑總像素差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大總像素差進(jìn)行比較；
實(shí)際移動距離計算子模塊，用于計算所述數(shù)字式太陽敏感器的存儲器存儲的所述 前一幀圖像的光斑質(zhì)心與存儲的所述當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的坐標(biāo)差值對應(yīng)的模，得到所 述當(dāng)前幀圖像的光斑相對于所述前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離；
移動距離比較子模塊，用于計算所述實(shí)際移動距離計算子模塊得到的實(shí)際移動距 離與獲取的估計移動距離的差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的估計最大偏差進(jìn)行 比較；
識別判斷狀態(tài)機(jī)，用于根據(jù)前一幀圖像和當(dāng)前幀圖像的光斑信息，以及上述子模 塊的輸出結(jié)果，分析判斷，完成對當(dāng)前幀圖像的光斑的識別和標(biāo)記；讀寫地址發(fā)生器，用于 讀取所需的光斑信息，并存儲識別判斷狀態(tài)機(jī)輸出的光斑標(biāo)記結(jié)果到光斑標(biāo)記存儲器。
進(jìn)一步地，所述裝置基于FPGA實(shí)現(xiàn)時，所述光斑最大灰度值比較子模塊由減法器 和比較器實(shí)現(xiàn)，減法器用于計算存儲器存儲的前一幀圖像的光斑的光斑最大灰度值與當(dāng)前 幀圖像的光斑的光斑最大灰度值的差值絕對值，比較器用于對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最 大灰度值差進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出給識別判斷狀態(tài)機(jī)；
所述光斑總像素比較子模塊由減法器和比較器實(shí)現(xiàn)，減法器用于計算存儲器存儲 的前一幀圖像光斑的光斑總像素與當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑總像素差值絕對值，比較器用 于對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大總像素差進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出給識別判斷狀態(tài) 機(jī)；
所述實(shí)際移動距離子模塊由X減法器、Y減法器和求模運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)，X減法器用于 計算所述存儲器存儲的前一幀圖像的光斑質(zhì)心的χ坐標(biāo)和當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的X坐標(biāo) 的差值；Y減法器用于計算所述存儲器存儲的前一幀圖像的光斑質(zhì)心的Y坐標(biāo)和當(dāng)前幀圖 像的光斑質(zhì)心的Y坐標(biāo)的差值；求模運(yùn)算器用于對X減法器和Y減法器得到的坐標(biāo)差值求 模，得到當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離；
所述移動距離比較子模塊由減法器和比較器實(shí)現(xiàn)，減法器用于計算求模運(yùn)算器得 到的實(shí)際移動距離與獲取的估計移動距離的差值絕對值，比較器用于對所述差值絕對值與 預(yù)設(shè)的估計最大偏差進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出給識別判斷狀態(tài)機(jī)。
本發(fā)明提供的用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法，根據(jù)光斑的移動軌跡區(qū)分 識別太陽光斑和地球光斑，從而避免了地球反照光對數(shù)字式太陽敏感器的影響；不僅克服 了根據(jù)能量余弦效應(yīng)的光斑變化規(guī)律區(qū)分光斑所存在的誤差性；同時不需要對數(shù)字式太陽 敏感器添加特殊的窄帶濾波以降低到達(dá)的地球反照光強(qiáng)度，降低了數(shù)字式太陽敏感器的設(shè) 計難度，保證了數(shù)字式太陽敏感器的可靠工作；另外所述裝置還可以基于FPGA實(shí)現(xiàn)，有利 于數(shù)字式太陽敏感器的集成化設(shè)計。


圖1為數(shù)字式太陽敏感器的工作原理示意圖2為本發(fā)明用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法的實(shí)現(xiàn)流程示意圖3為本發(fā)明用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別裝置的功能模塊組成示意圖4為圖3用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別裝置基于FPGA實(shí)現(xiàn)的組成結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的基本思想獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像光斑在當(dāng)前幀圖像中的估 計移動距離；計算當(dāng)前幀圖像光斑相對于前一幀圖像的實(shí)際移動距離，將實(shí)際移動距離與 估計移動距離進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前幀圖像光斑進(jìn)行標(biāo)記。
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下舉實(shí)施例并參照附圖，對 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖2示出了本發(fā)明用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法的實(shí)現(xiàn)流程，如圖2所 示，所述方法包括下述步驟
步驟S201，數(shù)字式太陽敏感器的上電復(fù)位信號觸發(fā)圖像序列變量初始化，將圖像 序列變量K賦值為1 ；
其中，所述圖像序列變量用于表示數(shù)字式太陽敏感器當(dāng)前處理的圖像的幀數(shù)。
步驟S202，數(shù)字式太陽敏感器判斷當(dāng)前幀即第K幀圖像的光斑信息處理是否結(jié) 束，若是，則執(zhí)行步驟S203，否則，按一定周期或?qū)崟r重復(fù)執(zhí)行步驟S202 ；
其中，所述光斑信息處理是指獲取第K幀圖像的光斑質(zhì)心坐標(biāo)、光斑個數(shù)、光斑總 像素、光斑最大灰度值等；所述一定周期可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定。
步驟S203，判斷第K幀圖像是否有光斑，若是，執(zhí)行步驟S204，否則，執(zhí)行步驟 S216 ；
本步驟中，具體可以通過判斷光斑信息處理中獲取的第K幀圖像的光斑個數(shù)是否 大于0，確定第K幀圖像是否有光斑當(dāng)光斑個數(shù)大于0時，則第K幀圖像具有光斑；否則第 K幀圖像沒有光斑。
步驟S204，進(jìn)一步判斷K是否等于1，若是，則執(zhí)行步驟S216，否則，執(zhí)行步驟 S205 ；
步驟S205，判斷前一幀即第K-I幀圖像是否有光斑，若是，執(zhí)行步驟S206，否則，執(zhí) 行步驟S216 ；
本步驟中，具體可以通過判斷光斑信息處理中獲取的第K-I幀圖像的光斑個數(shù)是 否大于0，確定第K-I幀圖像是否有光斑當(dāng)光斑個數(shù)大于0時，則第K-I幀圖像具有光斑； 否則第K-I幀圖像沒有光斑。
步驟S206，判斷第K-I幀圖像的光斑是否具有標(biāo)記，若是，執(zhí)行步驟S207，否則，執(zhí) 行步驟S210 ；
本步驟中，當(dāng)?shù)贙-I幀圖像的光斑具有光斑標(biāo)記時，說明已經(jīng)對第K-I幀圖像的光斑 進(jìn)行了區(qū)分，并標(biāo)記出太陽光斑和/或地球光斑，此時需要執(zhí)行步驟S207 ；當(dāng)?shù)贙-I幀圖像的 光斑不具有光斑標(biāo)記時，說明還未對第K-I幀圖像的光斑進(jìn)行區(qū)分，需要執(zhí)行步驟S210。
步驟S207，獲取數(shù)字式太陽敏感器對第K-I幀圖像的太陽光斑在下一幀即第K幀 圖像中的估計移動距離ds~ ；
具體地，本步驟中，當(dāng)?shù)贙-I幀圖像既有太陽光斑也有地球光斑時，為了提高處理 效率，數(shù)字式太陽敏感器可以選擇其一進(jìn)行估計若對太陽光斑進(jìn)行估計，則獲取太陽光斑 的估計移動距離ds~ ；若對地球光斑進(jìn)行估計，則獲取地球光斑的估計移動距離de~ ；
本步驟中，數(shù)字式太陽敏感器對太陽光斑或地球光斑進(jìn)行估計，具體可以根據(jù)衛(wèi) 星軌道參數(shù)、太陽或地球運(yùn)動參數(shù)，以及已標(biāo)記太陽光斑或地球光斑在第K-I幀圖像中的 位置，估計其在下一幀即第K幀圖像中的移動距離ds~或de~。
步驟S208，計算第K幀圖像中某一光斑相對于第K-I幀圖像的太陽光斑或地球光 斑的實(shí)際移動距離d ；
當(dāng)步驟S207是對第K-I幀圖像的太陽光斑進(jìn)行估計得到ds~時，則從第K幀任選 一個光斑，計算其相對于第K-I幀圖像的太陽光斑的實(shí)際移動距離d，具體地，獲取光斑信 息處理中得到的第K幀圖像所述光斑的光斑質(zhì)心坐標(biāo)以及獲取的第K-I幀圖像中太陽光斑 的光斑質(zhì)心坐標(biāo)，計算獲取的所述第K幀圖像和第K-I幀圖像的光斑質(zhì)心坐標(biāo)的坐標(biāo)差值， 并對所述坐標(biāo)差值求模，即得到所述光斑相對于第K-I幀圖像的太陽光斑的實(shí)際移動距離 d；
當(dāng)步驟S207是對第K-I幀圖像的地球光斑進(jìn)行估計得到de~時，則從第K幀任選 一個光斑，計算其相對于第K-I幀圖像中對應(yīng)的地球光斑的實(shí)際移動距離d，具體地，獲取 光斑信息處理中得到的第K幀圖像的所述光斑的光斑質(zhì)心坐標(biāo)以及獲取的第K-I幀圖像中 地球光斑的光斑質(zhì)心坐標(biāo)，計算獲取的所述第K幀圖像和第K-I幀圖像的光斑質(zhì)心坐標(biāo)的 坐標(biāo)差值，并對所述坐標(biāo)差值求模，即得到所述光斑相對于第K-I幀圖像的地球光斑的實(shí) 際移動距離d。
步驟S209，比較所述d和ds~或de~，并根據(jù)比較結(jié)果對第K幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo) 記，然后執(zhí)行步驟S216;
本步驟中，當(dāng)步驟S207是對第K-I幀圖像的太陽光斑進(jìn)行估計得到ds~時，則計 算所述d與ds~的差值絕對值，如果所述差值絕對值小于預(yù)設(shè)的估計最大偏差，則兩者一 致；否則，兩者不一致。當(dāng)比較結(jié)果為兩者一致時，則將當(dāng)前光斑標(biāo)記為太陽光斑，若有另一 光斑，則標(biāo)記為地球光斑；當(dāng)比較結(jié)果為兩者不一致時，則將當(dāng)前光斑標(biāo)記為地球光斑，若 有另一光斑，則標(biāo)記為太陽光斑。
當(dāng)步驟S207是對第K-I幀圖像的地球光斑進(jìn)行估計得到de~時，則計算所述d與 de"的差值絕對值，如果所述差值絕對值小于預(yù)設(shè)的估計最大偏差時，則兩者一致；否則， 兩者不一致。當(dāng)比較結(jié)果為兩者一致時，則將當(dāng)前光斑標(biāo)記為地球光斑，若有另一光斑，則 標(biāo)記為太陽光斑；當(dāng)比較結(jié)果為兩者不一致時，則將當(dāng)前光斑標(biāo)記為太陽光斑，若有另一光 斑，則標(biāo)記為地球光斑。
步驟S210，根據(jù)光斑特征匹配第K幀圖像和第K-I幀圖像的光斑；
本步驟中，具體根據(jù)第K-I幀圖像的光斑的光斑總像素、光斑最大灰度值等和 第K幀圖像的光斑的光斑總像素、光斑最大灰度值等進(jìn)行匹配，可以標(biāo)記第K-I幀圖像 中的某一光斑的光斑總像素為Pixel (k-Ι)、光斑最大灰度值為Lii(k-l)，第K幀圖像中 某一光斑的光斑總像素為Pixel (k)、光斑最大灰度值為Lii(k)，則如果滿足下式條件Pixel(k)-Pixel(k-l) | < 10 ； | Im(k)-Im(k-l) | < 15，則可以認(rèn)為所述第 K 幀圖像中的某 一光斑與所述第K-I幀圖像中某一光斑相匹配，其中上述公式中的10和15分別為預(yù)設(shè)的 最大總像素差和最大灰度值差，最大總像素差和最大灰度值差可以根據(jù)光斑的像素和灰度 等級進(jìn)行具體設(shè)置，本實(shí)施例中，光斑的灰度等級為1 255，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到光斑的像素為 50 100，較優(yōu)地，可以設(shè)置最大總像素差為10，最大灰度值差為15。
步驟S211，是否至少存在一個相匹配的光斑，若是，執(zhí)行步驟S212，否則，執(zhí)行步 驟 S216 ；
步驟S212，假定該相匹配的光斑為太陽光斑，并標(biāo)記為假定太陽光斑；
本步驟中，可以將該相匹配的光斑假定為太陽光斑，也可以假定為地球光斑，本實(shí) 施例中是將該匹配光斑標(biāo)記為假定太陽光斑，進(jìn)行說明；當(dāng)然也可以假定為地球光斑，若將 該匹配光斑標(biāo)記為假定地球光斑，則后續(xù)步驟與假定太陽光斑的步驟類似，只是具體按照 地球光斑的移動軌跡進(jìn)行判斷，不再贅述。
步驟S213，獲取第K-I幀圖像中上述假定太陽光斑的估計移動距離ds~ ；
其中，數(shù)字式太陽敏感器對假定太陽光斑進(jìn)行軌跡估計，具體可以根據(jù)衛(wèi)星軌道 參數(shù)、太陽的運(yùn)動參數(shù)以及假定太陽光斑在第K-I幀圖像中的位置，估計其在下一幀即第K 幀圖像中的移動距離ds~。
步驟S214，計算第K幀圖像的假定太陽光斑，相對于第K-I幀圖像中假定太陽光斑 的實(shí)際移動距離d ；
具體為，獲取光斑信息處理中獲取的第K幀圖像的所述假定太陽光斑的光斑質(zhì)心 坐標(biāo)以及獲取的第K-I幀圖像的假定太陽光斑的光斑質(zhì)心坐標(biāo)，計算獲取的所述第K幀圖 像和第K-I幀圖像的假定太陽光斑質(zhì)心坐標(biāo)的坐標(biāo)差值，并對所述坐標(biāo)差值求模，即得到 所述所述第K幀圖像的假定太陽光斑相對于第K-I幀圖像的假定太陽光斑的實(shí)際移動距離 d；
步驟S215，計算所述d與ds~的差值絕對值，當(dāng)所述差值絕對值小于預(yù)設(shè)的估計 最大偏差時，則差值絕對值與估計最大偏差兩者一致；否則，差值絕對值與估計最大偏差兩 者不一致。當(dāng)比較結(jié)果為兩者一致時，則將當(dāng)前假定太陽光斑標(biāo)記為太陽光斑，若有另一光 斑，則標(biāo)記為地球光斑；當(dāng)比較結(jié)果為兩者不一致時，則將當(dāng)前假定太陽光斑標(biāo)記為地球光 斑，若有另一光斑，則標(biāo)記為太陽光斑，然后執(zhí)行步驟S216 ；
步驟S216，對圖像序列變量K的值增加1，執(zhí)行步驟S202。
圖3示出了本發(fā)明用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別裝置的功能模塊的組成結(jié) 構(gòu)，圖中的光斑信息處理模塊11及軌跡估計模塊12為數(shù)字式太陽敏感器的其它功能模塊， 存儲器14為數(shù)字式太陽敏感器的光斑信息存儲裝置，其進(jìn)一步包括光斑標(biāo)記存儲器141、 光斑個數(shù)存儲器142、光斑最大灰度值存儲器143、光斑總像素存儲器144和光斑質(zhì)心坐標(biāo) 存儲器145 ；所述裝置包括光斑識別判斷模塊13，用于根據(jù)光斑移動軌跡，區(qū)分并識別太陽 光斑和地球光斑，并根據(jù)識別結(jié)果，對當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記。
進(jìn)一步地，光斑識別判斷模塊13包括光斑最大灰度值比較子模塊131、光斑總像 素比較子模塊132、實(shí)際移動距離計算子模塊133以及移動距離比較子模塊134、識別判斷 狀態(tài)機(jī)135、讀寫地址發(fā)生器136。
其中，光斑最大灰度值比較子模塊131，用于計算所述前一幀圖像的光斑與所述當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑最大灰度值的差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大灰度 值差進(jìn)行比較；
光斑總像素比較子模塊132，用于計算所述前一幀圖像的光斑與所述當(dāng)前幀圖像 的光斑的光斑總像素差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大總像素差進(jìn)行比較；
實(shí)際移動距離計算子模塊133，用于計算所述存儲器存儲的所述前一幀圖像的光 斑質(zhì)心與存儲的所述當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的坐標(biāo)差值對應(yīng)的模，得到所述當(dāng)前幀圖像的 光斑相對于所述前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離；
移動距離比較子模塊134，用于計算所述實(shí)際移動距離計算子模塊得到的實(shí)際移 動距離與獲取的估計移動距離的差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的估計最大偏差 進(jìn)行比較；
識別判斷狀態(tài)機(jī)135，用于根據(jù)連續(xù)兩幀圖像的光斑信息，以及上述子模塊的輸出 結(jié)果，分析判斷，完成對當(dāng)前幀圖像光斑的識別和標(biāo)記。
讀寫地址發(fā)生器136，用于產(chǎn)生讀寫光斑標(biāo)記存儲器141、光斑個數(shù)存儲器142、光 斑最大灰度值存儲器143、光斑總像素存儲器144以及光斑質(zhì)心坐標(biāo)存儲器145地址信號。
另外，所述用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別裝置可以基于現(xiàn)場可編程門陣列 (Field Programmable Gate Array, FPGA)實(shí)現(xiàn)，又由于現(xiàn)有的數(shù)字式太陽敏感器大多數(shù)也 是基于FPGA進(jìn)行的實(shí)現(xiàn)，因此更有利于所述裝置與數(shù)字式太陽敏感器的集成化設(shè)計，圖4 示出了本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別裝置基于FPGA實(shí)現(xiàn)的組成結(jié)構(gòu)， 其中，所述裝置使用的FPGA芯片可以為Xilinx的FPGA芯片XCV300，如圖4所示，其中，光 斑信息處理模塊11、軌跡估計模塊12以及存儲器14與圖3中的相同，不再贅述。
通過高速集成電路硬件描述語言(Very-High-Speed Integrated CircuitHardwareDescription Language, VHDL)對 FPGA 芯片編程，得到識別判斷狀態(tài)機(jī) 235的具體實(shí)現(xiàn)，識別判斷狀態(tài)機(jī)235用于根據(jù)獲取的光斑信息做分析判斷，完成對當(dāng)前幀 圖像光斑的識別和標(biāo)記。
同理通過VHDL對FPGA芯片編程，讀寫地址發(fā)生器236的具體實(shí)現(xiàn)，讀寫地址發(fā)生 器236用于讀取或保存圖像的光斑信息，包括光斑標(biāo)記、光斑個數(shù)、光斑最大灰度值、光斑 總像素4和光斑質(zhì)心坐標(biāo)。
同理通過VHDL對FPGA芯片編程，得到減法器2311和比較器2312，減法器2311和 比較器2312為圖3中光斑最大灰度值比較子模塊131的具體實(shí)現(xiàn)，減法器2311用于計算 光斑最大灰度值存儲器143存儲的前一幀圖像的光斑的光斑最大灰度值與當(dāng)前幀圖像的 光斑的光斑最大灰度值的差值絕對值，比較器2312用于對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大 灰度值差進(jìn)行比較，可以設(shè)定當(dāng)所述差值絕對值小于所述最大灰度值差時，輸出1，否則輸 出0，同理，也可以設(shè)定當(dāng)所述差值絕對值小于所述最大灰度值差時，輸出0，否則輸出1。
同理通過VHDL對FPGA芯片編程，得到減法器2321和比較器2322，減法器2321和 比較器2322為圖3中光斑總像素比較子模塊132的具體實(shí)現(xiàn)減法器2321用于計算光斑 總像素存儲器144存儲的前一幀圖像光斑的光斑總像素與當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑總像 素差值絕對值，比較器2322用于對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大總像素差進(jìn)行比較，可以 設(shè)定當(dāng)所述差值絕對值小于所述最大總像素差時，輸出1，否則輸出0，同理，也可以設(shè)定當(dāng) 所述差值絕對值小于所述最大灰度值差時，輸出0，否則輸出1。
同理通過VHDL對FPGA芯片編程，得到X減法器2331、Y減法器2332和求模運(yùn)算 器2333，X減法器2331、Y減法器2332和求模運(yùn)算器2333為圖3中實(shí)際移動距離計算子 模塊133的具體實(shí)現(xiàn)，X減法器2331用于計算光斑質(zhì)心坐標(biāo)存儲器145存儲的前一幀圖像 的光斑質(zhì)心的X坐標(biāo)和當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的X坐標(biāo)的差值；Y減法器2332用于計算光 斑質(zhì)心坐標(biāo)存儲器145存儲的前一幀圖像的光斑質(zhì)心的Y坐標(biāo)和當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的 Y坐標(biāo)的差值；求模運(yùn)算器2333用于對X減法器2331和Y減法器2332得到的坐標(biāo)差值求 模，得到當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離。
同理通過VHDL對FPGA芯片編程，得到減法器2341和比較器2342，減法器2341 和比較器2342為圖3中移動距離比較子模塊134的具體實(shí)現(xiàn)減法器2341用于計算求模 運(yùn)算器2333得到的實(shí)際移動距離與所述軌跡估計模塊12得到的估計移動距離的差值絕對 值，比較器2342用于對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的估計最大偏差進(jìn)行比較，可以設(shè)定當(dāng)所述 差值絕對值小于所述估計最大偏差時，輸出1，否則輸出0，同理，也可以設(shè)定當(dāng)所述差值絕 對值小于所述最大灰度值差時，輸出0，否則輸出1。
本發(fā)明提供的用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法及裝置，根據(jù)光斑的移動軌 跡區(qū)分識別太陽光斑和地球光斑，從而避免了地球反照光對數(shù)字式太陽敏感器的影響，不 僅克服了根據(jù)能量余弦效應(yīng)的光斑變化規(guī)律區(qū)分光斑所存在的誤差性，同時不需要對數(shù)字 式太陽敏感器添加特殊的窄帶濾波以降低到達(dá)的地球反照光強(qiáng)度，降低了數(shù)字式太陽敏感 器的設(shè)計難度，保證了數(shù)字式太陽敏感器的可靠工作；同時上述裝置還可以基于FPGA進(jìn)行 實(shí)現(xiàn)，有利于數(shù)字式太陽敏感器的集成化設(shè)計。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像的光斑在當(dāng)前幀圖像中的估計移動距離； 計算當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離； 將實(shí)際移動距離與估計移動距離進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一 幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離為計算前一幀圖像的光斑質(zhì)心與當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的坐標(biāo)差值對應(yīng)的模，得到當(dāng)前 幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將實(shí)際移動距離與估計移動距離進(jìn) 行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記具體為計算實(shí)際移動距離與估計移動距離的差值絕對值，當(dāng)差值絕對值小于預(yù)設(shè)的估計最大 偏差時，則差值絕對值與估計最大偏差兩者一致，否則，差值絕對值與估計最大偏差兩者不 一致；當(dāng)兩者一致，且所述前一幀圖像的光斑標(biāo)記為太陽光斑或地球光斑時，則將所述當(dāng)前 幀圖像的光斑標(biāo)記為太陽光斑或地球光斑，若有另一光斑則標(biāo)記為地球光斑或太陽光斑；當(dāng)兩者不一致，且所述前一幀圖像的光斑標(biāo)記為太陽光斑或地球光斑時，則將所述當(dāng) 前幀圖像的光斑標(biāo)記為地球光斑或太陽光斑，若有另一光斑則標(biāo)記為太陽光斑或地球光斑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述前一幀圖像的光斑沒有光斑標(biāo)記 時，所述方法還包括根據(jù)光斑特征匹配當(dāng)前幀圖像的光斑和前一幀圖像的光斑，當(dāng)至少存在一個相匹配的 光斑時，將相匹配的光斑標(biāo)記為假定太陽光斑；相應(yīng)地，所述獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像的光斑在下一幀圖像中的估計移動距 離具體為獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像的假定太陽光斑在當(dāng)前幀圖像中的估計移動 距離；所述計算當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離具體為計算當(dāng) 前幀圖像的假定太陽光斑相對于前一幀圖像的假定太陽光斑的實(shí)際移動距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)光斑特征匹配當(dāng)前幀圖像的光 斑和前一幀圖像的光斑具體為計算前一幀圖像的光斑與當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑總像素和光斑最大灰度值的差值 絕對值；當(dāng)所述光斑總像素的差值絕對值和所述光斑最大灰度值的差值絕對值分別小于預(yù)設(shè) 的最大總像素差和最大灰度值差時，則兩者匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述將實(shí)際移動距離與估計移動距離進(jìn) 行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記具體為計算假定太陽光斑的實(shí)際移動距離與估計移動距離的差值絕對值，當(dāng)所述差值絕對值 小于預(yù)設(shè)的估計最大偏差時，則假定標(biāo)記正確，否則，假定標(biāo)記不正確；假定標(biāo)記正確時，將當(dāng)前幀圖像的假定太陽光斑標(biāo)記為太陽光斑，若有另一光斑則標(biāo) 記為地球光斑；假定標(biāo)記不正確時，將當(dāng)前幀圖像的假定太陽光斑標(biāo)記為地球光斑，若有另 一光斑則標(biāo)記為太陽光斑。
7.一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別裝置，其特征在于，所述裝置包括光斑識別 判斷模塊，用于根據(jù)光斑移動軌跡，區(qū)分并識別太陽光斑和地球光斑，并根據(jù)識別結(jié)果，對 當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述光斑識別判斷模塊還包括光斑最大灰度值比較子模塊，用于計算所述前一幀圖像的光斑與所述當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑最大灰度值的差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大灰度值差進(jìn)行比 較；光斑總像素比較子模塊，用于計算所述前一幀圖像的光斑與所述當(dāng)前幀圖像的光斑的 光斑總像素差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大總像素差進(jìn)行比較；實(shí)際移動距離計算子模塊，用于計算所述數(shù)字式太陽敏感器的存儲器存儲的所述前一 幀圖像的光斑質(zhì)心與存儲的所述當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的坐標(biāo)差值對應(yīng)的模，得到所述當(dāng) 前幀圖像的光斑相對于所述前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離；移動距離比較子模塊，用于計算所述實(shí)際移動距離計算子模塊得到的實(shí)際移動距離 與獲取的估計移動距離的差值絕對值，并對所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的估計最大偏差進(jìn)行比 較；識別判斷狀態(tài)機(jī)，用于根據(jù)前一幀圖像和當(dāng)前幀圖像的光斑信息，以及上述子模塊的 輸出結(jié)果，分析判斷，完成對當(dāng)前幀圖像的光斑的識別和標(biāo)記；讀寫地址發(fā)生器，用于讀取 所需的光斑信息，并存儲識別判斷狀態(tài)機(jī)輸出的光斑標(biāo)記結(jié)果到光斑標(biāo)記存儲器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述裝置基于FPGA實(shí)現(xiàn)時，所述光斑最大 灰度值比較子模塊由減法器和比較器實(shí)現(xiàn)，減法器用于計算存儲器存儲的前一幀圖像的光 斑的光斑最大灰度值與當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑最大灰度值的差值絕對值，比較器用于對 所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大灰度值差進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出給識別判斷狀態(tài)機(jī)；所述光斑總像素比較子模塊由減法器和比較器實(shí)現(xiàn)，減法器用于計算存儲器存儲的前 一幀圖像光斑的光斑總像素與當(dāng)前幀圖像的光斑的光斑總像素差值絕對值，比較器用于對 所述差值絕對值與預(yù)設(shè)的最大總像素差進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出給識別判斷狀態(tài)機(jī)；所述實(shí)際移動距離子模塊由X減法器、Y減法器和求模運(yùn)算器實(shí)現(xiàn)，χ減法器用于計算 所述存儲器存儲的前一幀圖像的光斑質(zhì)心的X坐標(biāo)和當(dāng)前幀圖像的光斑質(zhì)心的X坐標(biāo)的差 值；Y減法器用于計算所述存儲器存儲的前一幀圖像的光斑質(zhì)心的Y坐標(biāo)和當(dāng)前幀圖像的 光斑質(zhì)心的Y坐標(biāo)的差值；求模運(yùn)算器用于對X減法器和Y減法器得到的坐標(biāo)差值求模，得 到當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離；所述移動距離比較子模塊由減法器和比較器實(shí)現(xiàn)，減法器用于計算求模運(yùn)算器得到的 實(shí)際移動距離與獲取的估計移動距離的差值絕對值，比較器用于對所述差值絕對值與預(yù)設(shè) 的估計最大偏差進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果輸出給識別判斷狀態(tài)機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種用于數(shù)字式太陽敏感器的光斑識別方法及裝置，所述方法包括獲取數(shù)字式太陽敏感器前一幀圖像的光斑在當(dāng)前幀圖像中的估計移動距離；計算當(dāng)前幀圖像的光斑相對于前一幀圖像的光斑的實(shí)際移動距離，將實(shí)際移動距離與估計移動距離進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對當(dāng)前幀圖像的光斑進(jìn)行標(biāo)記。本發(fā)明通過根據(jù)光斑的移動軌跡識別光斑，克服了根據(jù)能量余弦效應(yīng)的光斑變化規(guī)律區(qū)分光斑所存在的誤差性，同時不需要添加特殊的窄帶濾波以降低到達(dá)的地球反照光強(qiáng)度，避免地球反照光對數(shù)字式太陽敏感器的影響，實(shí)現(xiàn)較為簡單，保證了數(shù)字式太陽敏感器的可靠工作；同時上述裝置還可以基于FPGA實(shí)現(xiàn)，有利于數(shù)字式太陽敏感器的集成化設(shè)計。
文檔編號G06T7/00GK102034091SQ201010567899
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者劉嘯峰, 張廣軍, 樊巧云, 魏新國 申請人:北京航空航天大學(xué)