一种白昼环境星光定向仪调焦方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种星光定向仪调焦方法，特别是一种白昼环境星光定向仪调焦方 法。
【背景技术】
[0002] 恒星探测灵敏度是星光定向仪的关键问题，其核心技术之一是通过调焦的方法确 定光学系统与CCD像面之间的最优距离，从而使恒星探测灵敏度达到最优值。
[0003]目前采用的调焦方法为更换不同的调焦环并采集图像，直接计算图像中的星点的 能量，选择星点能量最大的调焦环作为最优调焦环。但该方法在白昼环境下应用具有较大 的缺陷，因为白昼环境杂光对星点的能量影响很大，导致无法确定星点能量随调焦环厚度 的变化规律，从而无法确定最优调焦环厚度。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，在传统调焦方法基础上采用图 像叠加和指向精调的方法，消除了杂光带来的时域噪声和空域噪声，解决了星点能量随调 焦环厚度变化无规律的问题，提供了一种白昼环境星光定向仪调焦方法，能够准确确定最 优的调焦环厚度。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种白昼环境星光定向仪调焦方法，包括如下步骤：
[0006] (1)将星光定向仪安装固定在二轴转台上；
[0007] (2)将带有白昼背景光的单星模拟器安装在星光定向仪光学系统前方，令单星模 拟器模拟恒星并生成平行光，平行光经过星光定向仪的光学系统汇聚在星光定向仪的CCD 像面上，生成带有白昼背景光的单星星图；
[0008] (3)调整二轴转台使单星星图的星点质心到达星光定向仪的C⑶像面中心位置；
[0009] (4)连续采集N幅星光定向仪的单星星图，将第i幅单星星图中第m行、第η列的 像素的灰度值记为G\n，然后对Ν幅图像中行列位置相同的像素点灰度值取均值得到均值 图像，其中，均值图像中第m行、第η列像素的灰度值为
[0011]Ν为正整数，i= 1，2,3,…N，m= 1，2,3,…Κ，η= 1，2,3,…L，K为单星星图中像 素的行数，L为单星星图中像素的列数；
[0012] (5)计算均值图像的灰度值阈值GTS
[0013]GT=u+3Xσ
[0016] (6)计算均值图像中的星点能量En为
[0019] 其中，为均值图像中第m行、第η列像素的能量，q为单星星图中星点的行列跨 度；
[0020] (7)逐步更换星光定向仪的调焦环并重复步骤（3)_步骤（6)，直至步骤（6)得到 的均值图像中的星点能量En出现峰值，选择均值图像中的星点能量En峰值对应的调焦环 作为最优调焦环。
[0021] 所述的步骤（1)中的二轴转台精度优于1"。
[0022] 所述的到达为单星星图的星点质心与星光定向仪的C⑶像面中心位置完全重合 或距离小于0.05个像素。
[0023] 所述的N彡200。
[0024] 所述的单星星图中星点的行列跨度为20。
[0025] 所述的逐步更换星光定向仪的调焦环的更换间距为0. 01mm。
[0026] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0027] (1)本发明方法与现有的调焦技术相比，在调焦过程中采用了图像叠加和指向精 调的方法，消除了白昼杂光带来的时域噪声和空域噪声，解决了星点能量随调焦环厚度变 化无规律的问题，能够准确确定最优的调焦环厚度；
[0028] (2)本发明方法与现有的调焦技术相比，能够应用在杂光影响较大的各类星光定 向仪或暗场噪声较大的传统星敏感器，解决了星点特性随调焦环厚度变化无规律的问题， 使调焦环的确定更加简易，提高了调焦效率；
[0029] (3)本发明方法克服了现有调焦技术直接计算星点能量在白昼环境下调焦环选择 不准确的缺陷，采用图像叠加、指向精调来确定最优的调焦环厚度，具有选择准确、快速的 优点。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明一种白昼环境星光定向仪调焦方法原理流程图；
[0031]图2为本发明采用传统方法得到的星点能量随调焦环厚度的变化曲线；
[0032] 图3为本发明方法得到的星点能量随调焦环厚度的变化曲线。
【具体实施方式】
[0033] 全天时高精度星光定向仪要求在白昼环境中能够探测到恒星，白昼环境下杂光对 星点的能量和位置影响较大，采用传统的调焦方法无法确定星点特征随调焦环厚度的变化 规律，因此无法确定最优调焦环厚度。采用图像叠加和指向精调的方法，可有效消除杂光带 来的时域噪声和空域噪声，解决星点特性随调焦环厚度变化无规律的问题，从而能够根据 判据准确确定最优的调焦环厚度。
[0034] 本发明在传统调焦方法基础上通过采用图像叠加和指向精调的方法，消除了杂光 带来的时域噪声和空域噪声，解决了星点能量随调焦环厚度变化无规律的问题，提出了一 种白昼环境星光定向仪调焦方法。下面结合附图对本发明的做进一步的介绍，如图1所示 本发明具体实现步骤如下：
[0035] (1)星光定向仪固定
[0036] 将星光定向仪安装固定在精密二轴转台上，转台精度优于1"。
[0037] (2)星模对准
[0038] 带有白昼背景光的单星模拟器安装在星光定向仪光学系统前方，单星模拟器模拟 恒星生成平行光，经过星光定向仪的光学系统汇聚在CCD像面上，使星光定向仪能够生成 带有白昼背景光的单星星图；
[0039] (3)指向精调
[0040] 调整转台使单星星图的星点质心到达星光定向仪中C⑶的像面中心位置，误差小 于〇. 05个像素；
[0041] (4)图像叠加
[0042] 连续采集N幅星光定向仪的单星星图，200,将第i幅单星星图中第m行、第η 列的像素的灰度值记为G\n，m= 1，2, 3,…Κ，η= 1，2, 3,…L，K为单星星图中像素的行数， L为单星星图中像素的列数，然后计算N幅的均值图像，即对N幅图像中行列位置相同的像 素点灰度值求取均值，得到第m行、第η列像素的灰度值均值为：
[0044] 其中，K、L均大于40。
[0045] (5)计算均值图像的阈值GT为：
[0048] GT=U+3X σ
[0049] (6)星点能量计算
[0050] 对步骤⑷获得的均值图像中的星点能量Εη进行计算，计算方法如下：
[0053] 其中，为均值图像中第m行、第η列的像素的能量，q为单星星图中星点的行 列跨度（即为单行星图中星点的最长直径）。
[0054] (7)最优调焦环选择
[0055] 以0. 01mm为间距逐步更换星光定向仪的调焦环并重复步骤（3)-(6)，直至星点出 现峰值（即为星点总能量最大值），选择星点总能量值最大的调焦环作为最优调焦环，至此 白昼环境下星光定向仪调焦完成。下面结合实施例对本发明方法进行进一步说明。
[0056] 针对同一台星光定向仪，采用传统方法和本发明方法分别进行调焦，如图2和图3 所示为星点能量随调焦环厚度的变化曲线结果。图2为传统方法获得的星点能量与调焦环 厚度的关系，可以看出其变化趋势不明显，无法确定最优调焦环厚度；图3为本发明方法获 得的星点能量与调焦环厚度的关系，可以容易获得最优调焦环厚度为2. 89_，比较图2和 图3发现，本发明方法具有能够准确判断最优调焦环的优势，其中，本发明方法中的单星星 图中星点的行列跨度q可以取20。
[0057] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种白昼环境星光定向仪调焦方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 将星光定向仪安装固定在二轴转台上； (2) 将带有白昼背景光的单星模拟器安装在星光定向仪光学系统前方，令单星模拟器 模拟恒星并生成平行光，平行光经过星光定向仪的光学系统汇聚在星光定向仪的CCD像面 上，生成带有白昼背景光的单星星图； (3) 调整二轴转台使单星星图的星点质心到达星光定向仪的CCD像面中心位置； (4) 连续采集N幅星光定向仪的单星星图，将第i幅单星星图中第m行、第η列的像素 的灰度值记为然后对N幅图像中行列位置相同的像素点灰度值取均值得到均值图 像，其中，均值图像中第m行、第η列像素的灰度值为N为正整数，i = 1，2,3,…N，m= 1，2,3,…Κ，η = 1，2,3,…L，K为单星星图中像素的 行数，L为单星星图中像素的列数； (5) 计算均值图像的灰度值阈值&为(6) 计算均值图像中的星点能量En为其中，为均值图像中第m行、第η列像素的能量，q为单星星图中星点的行列跨度； (7) 逐步更换星光定向仪的调焦环并重复步骤（3)-步骤（6)，直至步骤（6)得到的均 值图像中的星点能量En出现峰值，选择均值图像中的星点能量En峰值对应的调焦环作为 最优调焦环。2. 根据权利要求1所述的一种白昼环境星光定向仪调焦方法，其特征在于：所述的步 骤（1)中的二轴转台精度优于1"。3. 根据权利要求1或2所述的一种白昼环境星光定向仪调焦方法，其特征在于：所 述的到达为单星星图的星点质心与星光定向仪的CCD像面中心位置完全重合或距离小于 0. 05个像素。4. 根据权利要求1或2所述的一种白昼环境星光定向仪调焦方法，其特征在于：所述 的N彡200。5. 根据权利要求1或2所述的一种白昼环境星光定向仪调焦方法，其特征在于：所述 的单星星图中星点的行列跨度为20。6. 根据权利要求1或2所述的一种白昼环境星光定向仪调焦方法，其特征在于：所述 的逐步更换星光定向仪的调焦环的更换间距为0. 01mm。
【专利摘要】一种白昼环境星光定向仪调焦方法，首先将星光定向仪安装固定在二轴转台上，并将单星模拟器安装在星光定向仪前方，生成带有白昼背景光的单星星图，然后调整二轴转台使单星星图的星点质心到达CCD像面中心，连续采集多幅单星星图，进而得到均值图像，最后计算均值图像的星点能量，将均值图像的星点能量峰值对应的调焦环作为最优调焦环。本发明与现有的调焦技术相比，在调焦过程中采用了图像叠加和指向精调的方法，消除了白昼杂光带来的时域噪声和空域噪声，解决了星点能量随调焦环厚度变化无规律的问题，能够准确快速的确定最优的调焦环厚度，提高了调焦效率。
【IPC分类】G01C21/02, H04N5/232
【公开号】CN105357435
【申请号】CN201510725470
【发明人】李晓, 王立, 刘婧, 李全良, 吕伟振, 孙大开, 李春艳, 焦峰
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月30日