專利名稱：一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種姿態(tài)傳感器領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種用于航天器上姿態(tài)測量控制系統(tǒng)的多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法及裝置。

背景技術(shù)：
太陽敏感器是航天器上進(jìn)行姿態(tài)測量的重要器件，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天領(lǐng)域，包括航天飛機(jī)、地球衛(wèi)星和深空探測器等。近年來，隨著航天任務(wù)的要求，對航天器相對于太陽的姿態(tài)測量精度和測量可靠性的要求越來越高，尤其是需要進(jìn)行高精度成像的系統(tǒng)，包括偵查衛(wèi)星、資源和天文觀測衛(wèi)星以及通信衛(wèi)星。高精度的太陽角度測量可以實(shí)現(xiàn)太陽帆板的準(zhǔn)確對日，以保證衛(wèi)星的最大能量獲取。同時，基于太陽角度測量的對日穩(wěn)定模式也是絕大多數(shù)衛(wèi)星的一種初始模式和安全模式。
傳統(tǒng)的模擬式太陽敏感器的光敏探測元件采用基于光伏特性的太陽能電池片，且模擬量輸出，精度比較低，抗干擾性也不強(qiáng)，不能滿足航天器姿態(tài)控制的大視場和高精度的要求。隨著電子學(xué)技術(shù)發(fā)展，面陣感光探測器在空間得到了廣泛應(yīng)用，采用面陣圖像傳感器而構(gòu)成的太陽敏感器也成為了當(dāng)前的一個研究熱點(diǎn)。這種太陽敏感器具有精度高和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在一些特定場合可以代替星敏感器應(yīng)用。
如圖1、圖2所示，太陽敏感器的光線引入器分為單孔式和陣列式，因此太陽敏感器也相應(yīng)的分為單孔式和陣列式。單孔式太陽敏感器的基本原理為光線通過小孔在感光探測器上成像，通過質(zhì)心法求得太陽像點(diǎn)的中心坐標(biāo)位置(xc，yc)，進(jìn)一步根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系式獲得太陽角分別為α和β 其中，h表示透光孔與感光探測器之間的距離。由于h是一個固定的值，因此方位角的精度主要決定于系統(tǒng)處理得到的中心坐標(biāo)(xc，yc)的精度。單孔式太陽敏感器的成像在圖像傳感器上所占據(jù)的像素點(diǎn)可以達(dá)到25個，與傳統(tǒng)的線陣敏感器相比，精度有所提高。但是由于單孔式太陽敏感器只有一個成像點(diǎn)，其成像點(diǎn)圖像的提取、識別、處理和運(yùn)算都相對簡單，且圖像利用率低，精度難以進(jìn)一步提高。在申請人的上一個專利，“一種高精度APS太陽敏感器及其實(shí)現(xiàn)方法”(專利申請?zhí)?中提到陣列式太陽敏感器的光引入器由于包含排列成矩陣的多個透光孔，因此可產(chǎn)生比單孔太陽敏感器更多的成像點(diǎn)，同時陣列式太陽敏感器對各成像點(diǎn)經(jīng)過圖像相關(guān)運(yùn)算和相關(guān)結(jié)果質(zhì)心運(yùn)算，并對相關(guān)矩陣質(zhì)心進(jìn)行加權(quán)均值濾波，其精確度較之單個成像點(diǎn)方法提高數(shù)倍。但陣列式太陽敏感器在運(yùn)行時需要通過初始像素讀取步驟，來確定第一次啟動太陽敏感器時成像點(diǎn)落在圖像傳感器上的具體位置。通常的初始像素讀取步驟是對初始圖像進(jìn)行遍歷識別，當(dāng)圖像傳感器面陣較大時，識別速度緩慢且需要很大的圖像存儲量。


發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種識別速度快，初始圖像存儲量小的多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法，其步驟包括I)建立二值化匹配模板根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模板圖像，建立二值化匹配模板為由1和0組成的12×12行列對稱矩陣；將所述二值化匹配模板預(yù)置于計(jì)算機(jī)中；II)圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲在第一次啟動太陽敏感器時，將初始圖像像素數(shù)據(jù)采用隔行隔列和二進(jìn)制形式進(jìn)行壓縮存儲；存儲區(qū)域的每個字節(jié)A(i)表示連續(xù)16個像素信息的集合；III)第一個成像點(diǎn)識別掃描所述初始圖像的存儲區(qū)域，如果A(i)＝0，則繼續(xù)向下掃描，直到A(i)>0為止；根據(jù)所述二值化匹配模板，第一個成像點(diǎn)與其周圍的三個暗點(diǎn)之間的關(guān)系為 P(i)＝(A(i)& A(i+1))‖(A(i)& A(i+64×8))‖(A(i)& A(i+64×8+1)) 則識別所述第一個成像點(diǎn)的方程為 IV)計(jì)算第一個成像點(diǎn)在成像點(diǎn)矩陣中的位置當(dāng)所述初始圖像中損失的成像點(diǎn)個數(shù)少于6時，有且僅有一個η值，假設(shè)識別出的第一個成像點(diǎn)為6×6成像點(diǎn)矩陣第一行的第η個成像點(diǎn) V(η，m，n)＝A(X)＝A(i+2×(-η+m)+n×64×16)(1) R(η，m，n)＝(A(X)& A(X+1))‖(A(X)& A(X+64×8))‖(A(X)& A(X+64×8+1)) 當(dāng)損失的成像點(diǎn)個數(shù)少于6時，有且僅有一個η值滿足 其中η、m、n＝0，…，5；V)計(jì)算整個成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置所述第一個成像點(diǎn)處在所述初始圖像的rowη行 其中，floor[x]表示不超過x的最大整數(shù)；同理所述第一個成像點(diǎn)處在所述初始圖像的coln列 綜上可知整個成像點(diǎn)矩陣在所述初始圖像中的首位置(row0，col0)為 row0＝rowη col0＝colη-32×η VI)計(jì)算初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置根據(jù)所述整個成像點(diǎn)矩陣初始圖像的首位置(row0，col0)，計(jì)算出初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)。
所述步驟I)中，將所述標(biāo)準(zhǔn)模板圖像上成像點(diǎn)質(zhì)心所在的像素位置定義為1，相鄰成像點(diǎn)之間的其他像素作為暗點(diǎn)，定義為0。
所述二值化匹配模板正常使用的條件是成像點(diǎn)矩陣四周的行和列不能完全丟失。
一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別裝置，其特征在于它包括光引入器、圖像傳感器、接口電路和計(jì)算機(jī)；所述光引入器的窗口由抗輻照石英玻璃基底、60dB太陽光衰減層和含有6×6陣列式透光孔的太陽光線遮擋層依次排列組成；所述圖像傳感器可進(jìn)行窗口曝光和隨機(jī)讀??；所述接口電路將所述圖像傳感器輸出的圖像信息輸入所述計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算；在所述圖像傳感器上，每個透光孔的成像點(diǎn)為正方形，大小為3×3像素，相鄰成像點(diǎn)之間的行距和列距皆為32個像素。
所述圖像傳感器為APS CMOS圖像傳感器。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明在初始像素讀取步驟中，圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲步驟，使初始圖像提取時的尋址速度將比原來未壓縮數(shù)據(jù)快32倍，數(shù)據(jù)的存儲量更降低為原來未壓縮數(shù)據(jù)的1/32。2、本發(fā)明在圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲步驟中使用了像素的隔行隔列和二值化的存儲方式，在識別太陽成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置時，克服了由于大面陣圖像傳感器導(dǎo)致的識別速度緩慢且需要很大圖像存儲量的缺點(diǎn)，同時還可以大大提高太陽敏感器的環(huán)境適應(yīng)性，保證系統(tǒng)即使在丟失某些像點(diǎn)的情況下，仍可以識別出第一個成像點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。本發(fā)明的優(yōu)化方法可廣泛用于多孔陣列式APS太陽敏感器，對太陽敏感器的識別效率有很大提高。



圖1是單孔式太陽敏感器的成像原理示意圖 圖2是本發(fā)明的光引入器結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是本發(fā)明的圖像傳感器的成像點(diǎn)圖像 圖4是本發(fā)明二值化匹配模板示意圖
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖2所示，本發(fā)明的主動像元傳感器(APS，Actel Pixels Sensor)太陽敏感器是多孔陣列式，它包括光引入器1，圖像傳感器2，接口電路(圖中未示出)和計(jì)算機(jī)(圖中未示出)。本發(fā)明光引入器1的窗口由抗輻照石英玻璃基底、60dB太陽光衰減層和含有6×6陣列式透光孔3的太陽光線遮擋層依次排列組成，用于產(chǎn)生光斑陣列圖像。圖像傳感器2為與光引入器1具有一定距離的APS CMOS圖像傳感器2，其具有較大面陣，并可進(jìn)行窗口曝光和隨機(jī)讀取，用于輸出光斑陣列圖像的各像素灰度值，并且每個像素具有至少60dB的動態(tài)范圍。在圖像傳感器2上，每個透光孔3的成像點(diǎn)4為正方形，大小為3×3像素，相鄰?fù)腹饪?成像點(diǎn)4之間的行距和列距皆為32個像素。接口電路用于將圖像傳感器2輸出的圖像信息輸入太陽敏感器的計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算。
如圖3所示，根據(jù)平行光成像原理，太陽光線在圖像敏感器2上成像的相對位置與光引入器1上透光孔3的相對位置相同，這一特性是陣列式APS太陽敏感器提取算法的基礎(chǔ)，因此可以得到在圖像傳感器2上6×6太陽成像點(diǎn)矩陣的成像點(diǎn)4之間行距和列距皆為32個像素。每個透光孔3在圖像傳感器2上的成像點(diǎn)大小理論上也為3×3個像素，同時考慮到光線的衍射以及圖像傳感器2上感光像素之間的串?dāng)_，每個成像點(diǎn)4在圖像傳感器2上的大小不超過5×5個像素。因此，本發(fā)明的太陽敏感器，所有太陽成像點(diǎn)4在圖像傳感器2上的大小不超過165×165像素區(qū)域。
在“一種高精度APS太陽敏感器及其實(shí)現(xiàn)方法”中，陣列式APS太陽敏感器實(shí)現(xiàn)航天器姿態(tài)測量的簡要步驟如下 1)獲取標(biāo)準(zhǔn)模板圖像 在實(shí)驗(yàn)室中模擬真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，使模擬太陽光垂直射入太陽敏感器的光引入器，此時圖像傳感器采集到的圖像作為標(biāo)準(zhǔn)模板圖像；標(biāo)準(zhǔn)模板圖像包括一個6×6成像點(diǎn)矩陣；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模板圖像的成像點(diǎn)4的像素的灰度值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)模板圖像的成像點(diǎn)矩陣的質(zhì)心位置(x0，y0)； 2)真實(shí)環(huán)境中成像點(diǎn)矩陣圖像的局部讀取 a)第一次啟動太陽敏感器時，對圖像傳感器采集到的初始圖像進(jìn)行遍歷查找，記錄初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)； b)在初始像素讀取后，根據(jù)上一次確定的成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)確定當(dāng)前時刻t太陽敏感器更新時的成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域，記錄各成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域的中心位置(xk，yk)，k＝1，…，6×6； c)根據(jù)各成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域的中心位置(xk，yk)，對每個成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域進(jìn)行局部成像和圖像讀出，提取當(dāng)前時刻t的成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域圖像； 3)成像點(diǎn)矩陣圖像相關(guān)運(yùn)算和相關(guān)結(jié)果質(zhì)心運(yùn)算 i)對成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域圖像的每個成像點(diǎn)4的像素的灰度值與標(biāo)準(zhǔn)模板圖像的每個成像點(diǎn)4的像素的灰度值，進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)矩陣； ii)對相關(guān)矩陣進(jìn)行質(zhì)心運(yùn)算，得到成像點(diǎn)4的質(zhì)心(x′k，y′k)，進(jìn)而通過加權(quán)均值濾波得到成像點(diǎn)矩陣的相對質(zhì)心(xc，yc)； iii)根據(jù)成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)和成像點(diǎn)矩陣的相對質(zhì)心(xc，yc)，得到當(dāng)前時刻t成像點(diǎn)矩陣的質(zhì)心精確位置 xt＝x1+xc yt＝y(tǒng)1+yc 4)計(jì)算太陽光入射角 根據(jù)成像點(diǎn)矩陣的質(zhì)心精確位置(xt，yt)和成像點(diǎn)矩陣的質(zhì)心位置(x0，y0)，計(jì)算當(dāng)前時刻t太陽光相對于太陽敏感器的入射角αt，βt 其中，f為太陽敏感器的更新頻率。
上述步驟a)中，從初始像素讀取時圖像傳感器2輸出的圖像上提取像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)是采用對初始圖像按照隔行隔列像素進(jìn)行遍歷識別的方法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的大面陣的圖像傳感器2在提高單個像素分辨率的同時，由于識別速度緩慢且需要很大的圖像存儲量，因此增加了整體計(jì)算的工作量和工作時間。本發(fā)明基于根據(jù)上述的陣列式光引入器1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，只要識別出成像點(diǎn)矩陣首位置，則可推出整個成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)。因此在步驟a)中采用圖像快速識別方法，通過識別成像點(diǎn)矩陣的首位置，來對整個成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)進(jìn)行識別，從而提高系統(tǒng)的處理速度，也為后續(xù)步驟中的預(yù)測區(qū)域跟蹤算法和圖像相關(guān)算法提供了保證。圖像快速識別方法步驟如下 I)建立二值化匹配模板 如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的光引入器1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將標(biāo)準(zhǔn)模板圖像上每個成像點(diǎn)4質(zhì)心所在的像素位置定義為“1”。如果標(biāo)準(zhǔn)模板圖像上的每個成像點(diǎn)都有效，就可以得到6×6個成像點(diǎn)，即36個“1”。在相鄰成像點(diǎn)4之間的其他像素都看作為暗點(diǎn)，定義為“0”。因此可將成像點(diǎn)矩陣區(qū)域劃分為一個12×12區(qū)域，這樣在圖像上一共可以得到12×12-36＝108個“0”。綜上可得到二值化匹配模板為由“1”和“0”組成的12×12二值化矩陣模板，將二值化匹配模板預(yù)置于計(jì)算機(jī)中。
II)圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲 在第一次啟動太陽敏感器時圖像傳感器2在對太陽成像點(diǎn)進(jìn)行曝光成像后，為實(shí)現(xiàn)成像點(diǎn)矩陣區(qū)域的快速提取，同時減小計(jì)算機(jī)的存儲數(shù)據(jù)量，本發(fā)明采用對初始圖像進(jìn)行壓縮存儲的方式。將提取初始圖像像素數(shù)據(jù)采用隔行隔列和二進(jìn)制形式進(jìn)行壓縮存儲首先隔行隔列提取曝光成像后的初始圖像像素。之后對提取后的圖像像素進(jìn)行二值化處理，設(shè)定像素灰度值的閾值為T，當(dāng)像素的灰度值大于T時，記作“1”；否則記作“0”。其次將壓縮存儲后的連續(xù)8個像素的數(shù)據(jù)組成一個8比特的二進(jìn)制數(shù)存儲到一個字節(jié)A(i)中；A(i)＝0表示A(i)中的像素不存在成像點(diǎn)，A(i)>0，表示A(i)中的像素存在成像點(diǎn)。由于采取隔行隔列方式，數(shù)據(jù)的存儲量降低為原來未壓縮數(shù)據(jù)的1/4，再加上二進(jìn)制形式的存儲，數(shù)據(jù)的存儲量更降低為原來未壓縮數(shù)據(jù)的1/32。以Star1000圖像傳感器為例，其采集的初始圖像包含1024K像素，采用圖像數(shù)據(jù)隔行隔列的二進(jìn)制形式存儲，存儲數(shù)據(jù)量為32K字節(jié)，存儲在計(jì)算機(jī)的一個32K的存儲區(qū)域中。設(shè)壓縮后圖像存儲區(qū)域的首地址為A，則A(0)表示存儲區(qū)域的第一個字節(jié)，即第一個8比特二進(jìn)制數(shù)，由于隔列存儲，每個字節(jié)A(i)表示橫向連續(xù)16個像素信息的集合。基于本發(fā)明的隔行隔列和二進(jìn)制的壓縮存儲方式，本實(shí)施例中初始圖像的每行數(shù)據(jù)簡化為1024/2/8＝64個字節(jié)，即A(0)～A(63)表示Star1000傳感器的第一行的像素的數(shù)據(jù)。由于隔行存儲，A(64)表示Star1000傳感器的第三行的前16個像素的數(shù)據(jù)。綜上所述，基于圖像數(shù)據(jù)的隔行隔列和二值化的壓縮存儲方式，因此在初始圖像提取時的尋址速度將比原來未壓縮數(shù)據(jù)快8倍，數(shù)據(jù)的存儲量更降低為原來未壓縮數(shù)據(jù)的1/32。
III)識別出第一個成像點(diǎn) 初始圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲結(jié)束后，則進(jìn)行第一個成像點(diǎn)識別。首先逐行掃描初始圖像的存儲區(qū)域，由于成像點(diǎn)圖像的大部分是暗點(diǎn)，因此識別第一個判別單元的過程可以歸結(jié)為識別第一個成像點(diǎn)的過程。假定提取出的數(shù)據(jù)為A(i)，A(i)＝0，…，255，如果A(i)＝0，則表示A(i)中的像素不存在成像點(diǎn)，之后繼續(xù)向下掃描，直到A(i)>0，表示A(i)中的像素存在成像點(diǎn)為止。根據(jù)步驟I)中二值化匹配模板，行方向相鄰兩個成像點(diǎn)之間相差32個像素，即在圖像存儲區(qū)域中，相差兩個字節(jié)。這就表明在這兩個成像點(diǎn)之間存在一個暗字節(jié)，這一存儲結(jié)果正好和圖4的二值化匹配模板相對應(yīng)。同樣，在行方向相鄰暗點(diǎn)和成像點(diǎn)相差16行，則在壓縮存儲區(qū)域中相差64×8個字節(jié)。如圖4中，第一個成像點(diǎn)與其周圍的三個暗點(diǎn)之間的關(guān)系可以通過下式來表示 P(i)＝(A(i)& A(i+1))‖(A(i)& A(i+64×8))‖(A(i)& A(i+64×8+1)) (1) 其中，&表示按位與運(yùn)算，‖表示按位或運(yùn)算。如果P(i)＝0則表示找到第一個成像點(diǎn)。即識別第一個成像點(diǎn)的方程如下 IV)計(jì)算第一個成像點(diǎn)在成像點(diǎn)矩陣中的位置 當(dāng)識別出第一個成像點(diǎn)后，即可通過簡單的邏輯來識別其它的成像點(diǎn)。由于本發(fā)明在步驟I)中采用的二值化匹配模板是行列對稱矩陣，此模板能夠正常使用的條件是成像點(diǎn)矩陣四周的行和列不能夠完全丟失，否則無法判斷。但是，6×6成像點(diǎn)矩陣的中，由于小孔堵塞、壞像素等因素，可以允許損失5個成像點(diǎn)而不會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。根據(jù)圖像傳感器2的順序掃描方式，在步驟I)中識別出的第一個成像點(diǎn)的判別單元肯定是6×6個成像點(diǎn)矩陣中第一行的6個成像點(diǎn)之一。假設(shè)最壞情況是第一行中的前5個成像點(diǎn)丟失，這樣對于第一個成像點(diǎn)判斷就形成了6種情況，需要分別對這6種情況進(jìn)行判斷。成像點(diǎn)之間的行距為32個像素，考慮到隔行存儲的條件，相鄰兩行的對應(yīng)點(diǎn)在圖像上相距1024×32個像素，在存儲器中則相距64×16＝512個字節(jié)，同一行相鄰的兩個成像點(diǎn)在存儲器中相距2個字節(jié)。再根據(jù)行列關(guān)系，判別出成像點(diǎn)矩陣的其他區(qū)域，判別準(zhǔn)則依然是方程(2)。
假設(shè)上述識別的第一個成像點(diǎn)為成像點(diǎn)矩陣第一行中的第η個成像點(diǎn)時，此時獲得所有成像點(diǎn)的判別公式歸納如下 V(η，m，n)＝A(X)＝A(i+2×(-η+m)+n×64×16) (3) R(η，m，n)＝(A(X)& A(X+1))‖(A(X)& A(X+64×8))‖(A(X)& A(X+64×8+1)) 其中η＝0，…，5，分別表示第一行的6個成像點(diǎn)判區(qū)域之一，m、n＝0，…，5表示6×6個成像點(diǎn)。V(η，m，n)表示當(dāng)識別出的第一個成像點(diǎn)為所述成像點(diǎn)矩陣中第一行的第η個成像點(diǎn)時，成像點(diǎn)(m，n)是否有效的判別值。R(η，m，n)表示第一個成像點(diǎn)為為所述成像點(diǎn)矩陣中第一行的第η個成像點(diǎn)時，成像點(diǎn)(m，n)為成像點(diǎn)或暗點(diǎn)的關(guān)系值。
依照方程(2)我們可以作如下的判斷，在初始圖像的36個成像點(diǎn)中，當(dāng)損失的成像點(diǎn)個數(shù)少于6時，有且僅有一個η值滿足在η，m，n＝0，…，5時，至少存在31組關(guān)系式滿足如下方程 綜上所述，可以確認(rèn)識別出的第一個成像點(diǎn)為第一行的第η個成像點(diǎn)。
V)計(jì)算整個成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置 確定第一行的第η個成像點(diǎn)對應(yīng)像素處在初始圖像的行和列坐標(biāo)根據(jù)步驟II)中圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲方法，初始圖像每一行的像素存儲在64個字節(jié)之內(nèi)，并且壓縮后的圖像進(jìn)隔行隔列存儲。根據(jù)步驟III，第η個成像點(diǎn)在A(i)中，可以判斷第η個成像點(diǎn)位置處在初始圖像的rowη行 其中，函數(shù)floor[x]表示不超過x的最大整數(shù)。同時可以判斷出第η個成像點(diǎn)處在初始圖像的colη列 綜上可知第一個成像點(diǎn)應(yīng)該處在初始圖像上的行和列，即整個成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置(row0，col0)為 row0＝rowη col0＝colη-32×η VI)計(jì)算初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置 根據(jù)整個成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置(row0，col0)，計(jì)算出初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)。繼而根據(jù)成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)確定當(dāng)前時刻t太陽敏感器更新時的成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域，提取當(dāng)前時刻t的成像點(diǎn)預(yù)測區(qū)域圖像。進(jìn)而進(jìn)行成像點(diǎn)矩陣圖像相關(guān)運(yùn)算和相關(guān)結(jié)果質(zhì)心運(yùn)算等步驟。最終完成太陽光入射角的計(jì)算。
本發(fā)明的多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法，克服了由于大面陣圖像傳感器2導(dǎo)致的識別速度緩慢且需要很大圖像存儲量的缺點(diǎn)，同時還可以大大提高太陽敏感器的環(huán)境適應(yīng)性，保證系統(tǒng)即使在丟失某些像點(diǎn)的情況下，仍可以識別出第一個成像點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。本發(fā)明的優(yōu)化方法可廣泛用于多孔陣列式APS太陽敏感器，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上對太陽敏感器的識別效率有很大提高。
權(quán)利要求
1、一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法，其步驟包括
I)建立二值化匹配模板
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模板圖像，建立二值化匹配模板為由1和0組成的12×12行列對稱矩陣；將所述二值化匹配模板預(yù)置于計(jì)算機(jī)中；
II)圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲
在第一次啟動太陽敏感器時，將初始圖像像素數(shù)據(jù)采用隔行隔列和二進(jìn)制形式進(jìn)行壓縮存儲；存儲區(qū)域的每個字節(jié)A(i)表示連續(xù)16個像素信息的集合；
III)第一個成像點(diǎn)識別
掃描所述初始圖像的存儲區(qū)域，如果A(i)＝0，則繼續(xù)向下掃描，直到A(i)>0為止；根據(jù)所述二值化匹配模板，第一個成像點(diǎn)與其周圍的三個暗點(diǎn)之間的關(guān)系為
P(i)＝(A(i)&A(i+1))||(A(i)&A(i+64×8))||(A(i)&A(i+64×8+1))則識別所述第一個成像點(diǎn)的方程為
IV)計(jì)算第一個成像點(diǎn)在成像點(diǎn)矩陣中的位置
當(dāng)所述初始圖像中損失的成像點(diǎn)個數(shù)少于6時，有且僅有一個η值，假設(shè)識別出的第一個成像點(diǎn)為6×6成像點(diǎn)矩陣第一行的第η個成像點(diǎn)
V(η，m，n)＝A(X)＝A(i+2×(-η+m)+n×64×16) (1)
R(η，m，n)＝(A(X)&A(X+1))||(A(X)&A(X+64×8))||(A(X)&A(X+64×8+1))
當(dāng)損失的成像點(diǎn)個數(shù)少于6時，有且僅有一個η值滿足
其中η、m、n＝0，…，5；
V)計(jì)算整個成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置
所述第一個成像點(diǎn)處在所述初始圖像的rowη行
其中，floor[x]表示不超過x的最大整數(shù)；同理所述第一個成像點(diǎn)處在所述初始圖像的colη列
綜上可知整個成像點(diǎn)矩陣在所述初始圖像中的首位置(row0，col0)為
row0＝rowη
col0＝colη-32×η
VI)計(jì)算初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置
根據(jù)所述整個成像點(diǎn)矩陣初始圖像的首位置(row0，col0)，計(jì)算出初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置(x1，y1)。
2、如權(quán)利要求1所述的一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法，其特征在于所述步驟I)中，將所述標(biāo)準(zhǔn)模板圖像上成像點(diǎn)質(zhì)心所在的像素位置定義為1，相鄰成像點(diǎn)之間的其他像素作為暗點(diǎn)，定義為0。
3、如權(quán)利要求1或2所述的一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法，其特征在于所述二值化匹配模板正常使用的條件是成像點(diǎn)矩陣四周的行和列不能完全丟失。
4、如權(quán)利要求2所述的一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法，其特征在于所述二值化匹配模板正常使用的條件是成像點(diǎn)矩陣四周的行和列不能完全丟失。
5、一種如權(quán)利要求1或2或3或4所述的多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別裝置，其特征在于它包括光引入器、圖像傳感器、接口電路和計(jì)算機(jī)；所述光引入器的窗口由抗輻照石英玻璃基底、60dB太陽光衰減層和含有6×6陣列式透光孔的太陽光線遮擋層依次排列組成；所述圖像傳感器可進(jìn)行窗口曝光和隨機(jī)讀?。凰鼋涌陔娐穼⑺鰣D像傳感器輸出的圖像信息輸入所述計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算；在所述圖像傳感器上，每個透光孔的成像點(diǎn)為正方形，大小為3×3像素，相鄰成像點(diǎn)之間的行距和列距皆為32個像素。
6、如權(quán)利要求5所述的一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別裝置，其特征在于所述圖像傳感器為APS CMOS圖像傳感器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多孔陣列式太陽敏感器的圖像快速識別方法及裝置，其步驟在于I)建立二值化匹配模板；II)圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲；III)識別成像點(diǎn)矩陣的第一個成像點(diǎn)；IV)計(jì)算第一個成像點(diǎn)在成像點(diǎn)矩陣中的位置；V)計(jì)算整個成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置；VI)計(jì)算初始像素讀取時成像點(diǎn)矩陣中心位置。本發(fā)明的裝置包括光引入器、圖像傳感器、接口電路和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的方法和裝置在識別太陽成像點(diǎn)矩陣在初始圖像中的首位置時，克服了由于大面陣圖像傳感器導(dǎo)致的識別速度緩慢且需要很大圖像存儲量的缺點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)化方法可廣泛用于多孔陣列式APS太陽敏感器，對太陽敏感器的識別效率有很大提高。
文檔編號B64G1/36GK101509775SQ20091008008
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者飛 邢, 政 尤, 張高飛, 劍 孫 申請人:清華大學(xué)