星体快速识别方法、装置及望远镜与流程

本发明涉及天文望远领域，特别涉及一种星体快速识别方法、装置及望远镜。

背景技术：

望远镜是一种利用透镜或反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。

现有技术中，望远镜由于存在机械转动误差，在探星之前均需要事先校准设备的误差，然后再进行寻星。

随着科技的发展与图形处理技术的进步，出现了构图寻星技术，即将两幅星空图进行构图，识别两者是否存在差异性，但是该技术存在以下缺陷：

a.图像中存在噪点，对构图的星体对象有混淆作用；

b.构图算法复杂，甚至进入死循环，响应速度慢；

c.构图算法识别下，图像比对结果的准确率低下。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种星体快速识别方法、装置及望远镜，利用星空数据库模拟当前望远镜，通过比对实际拍摄星空图像与模拟星空图像，以实现快速寻星，星体识别速度及准确率大大提高。所述技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种星体快速识别方法，包括：

获取待识别的星体信息，所述星体信息包括目标角度坐标；

根据所述目标角度坐标，调节识别设备的角度坐标；

利用识别设备在当前角度坐标摄取第一星空图像；

根据目标角度坐标及识别设备的当前视场角度，在对应的星空数据库中搜索得到第二星空图像；

比对第一星空图像与第二星空图像，根据比对结果识别第一星空图像中的待识别星体。

进一步地，在对应的星空数据库中搜索第二星空图像之前还包括：

获取识别设备所在位置信息；

获取当前时间信息；

根据所述位置信息和时间信息，映射得到所述对应的星空数据库。

进一步地，所述比对第一星空图像与第二星空图像包括：

对所述第一星空图像进行降噪预处理；

在完成预处理的第一星空图像中选定三个或三个以上测量星体；

根据所述测量星体，得到第一星空图像中星体距离比例值；

在所述第二星空图像中搜索满足所述距离比例值的星体，若不存在，则判定所述比对结果为第一星空图像与第二星空图像不匹配。

进一步地，若搜索结果为第二星空图像中存在满足所述距离比例值的星体，则重新选择测量星体，对所述第一星空图像与第二星空图像进行再一次或多次比对，若搜索结果为存在，则判定所述比对结果为第一星空图像与第二星空图像匹配。

进一步地，若第一星空图像与第二星空图像匹配，则调节所述识别设备的焦距，并重新摄取图像得到第三星空图像，根据目标角度坐标及调节后的当前视场角度，在对应的星空数据库中搜索得到第四星空图像，

若所述第三星空图像与第四星空图像或第二星空图像的比对结果为匹配，则继续调节所述识别设备的焦距，重复执行比对步骤，直至识别出待识别星体。

进一步地，若第一星空图像与第二星空图像不匹配，则进一步调节识别设备的角度坐标，直至重新摄取的星空图像与第二星空图像的比对结果为匹配。

另一方面，本发明提供了一种星体快速识别装置，包括：

目标星体模块，用于获取待识别的星体信息，所述星体信息包括目标角度坐标；

调节模块，用于根据所述目标角度坐标，调节识别设备的角度坐标；

摄取模块，用于利用识别设备在当前角度坐标摄取第一星空图像；

星空搜索模块，用于根据目标角度坐标及识别设备的当前视场角度，在对应的星空数据库中搜索得到第二星空图像；

比对模块，用于比对第一星空图像与第二星空图像，根据比对结果识别第一星空图像中的待识别星体。

进一步地，所述装置还包括星空数据库模块，所述星空数据库模块包括：

位置单元，用于获取识别设备所在位置信息；

时间单元，用于获取当前时间信息；

映射单元，用于根据所述位置信息和时间信息，映射得到所述对应的星空数据库。

进一步地，所述比对模块包括：

预处理单元，用于对所述第一星空图像进行降噪预处理；

测量单元，用于在完成预处理的第一星空图像中选定三个或三个以上测量星体；

比例值单元，用于根据所述测量星体，得到第一星空图像中星体距离比例值；

星体搜索单元，用于在所述第二星空图像中搜索满足所述距离比例值的星体，若不存在，则判定所述比对结果为第一星空图像与第二星空图像不匹配。

进一步地，所述装置还包括焦距调节模块及角度调节模块，

所述焦距调节模块用于调节所述识别设备的焦距，直至识别出待识别星体；

所述角度调节模块用于响应于第一星空图像与第二星空图像不匹配，进一步调节识别设备的角度坐标，直至重新摄取的星空图像与第二星空图像的比对结果为匹配。

再一方面，本发明提供了一种望远镜，包括如上所述的星体快速识别装置。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

1)望远镜开机后无需预先进行误差校准，实现快速寻星；

2)利用星空数据库模拟当前望远镜，通过比对实际拍摄星空图像与模拟星空图像，以实现快速寻星，星体识别速度及准确率大大提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的星体快速识别方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的星空数据库的映射方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的图像比对方法的流程图；

图4是本发明实施例提供的星体快速识别装置的模块框图；

图5是本发明实施例提供的对星空图像进行降噪预处理的方法流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

在本发明的一个实施例中，提供了一种星体快速识别方法，参见图1，所述方法包括以下流程：

s1、获取待识别的星体信息。

其中，所述星体信息包括目标角度坐标。具体地，获取待识别的目标星体的角度坐标有以下两种方式：第一种方式为查阅资料，通过现有技术中的文档资料查询查询所要搜寻的目标星体的角度坐标；第二种方式为从现有的星空数据库中点击查询或者按搜索条件查询，得到所要搜寻的目标星体的角度坐标。

s2、根据所述目标角度坐标，调节识别设备的角度坐标。

具体地，所述识别设备即为望远镜，通过手工方式或者电子控制技术自动调节所述望远镜的角度坐标，将所述望远镜的角度坐标调节为目标角度坐标。但是在这个实际操作过程中，多少会出现机械误差，需要对这个误差进行校验，所述校验过程如下：

s3、利用识别设备在当前角度坐标摄取第一星空图像。

具体地，可以采用摄像设备或摄像传感器对望远镜当前角度坐标及当前视场角度下的镜头所观察到的星空进行拍摄照片，得到第一星空图像，即为待校验的星空图像，优选地，所述摄像设备或摄像传感器为ccd传感器。

s4、根据目标角度坐标及识别设备的当前视场角度，在对应的星空数据库中搜索得到第二星空图像。

在这之前，还需要建立星空数据库，以及映射当前对应的星空数据库，映射当前对应的星空数据库这是模拟当前的星空；然后以目标角度坐标及识别设备的当前视场角度作为在星空数据库中搜索的初始条件，则是模拟了所述模拟当前的星空下的零机械误差的望远镜；最后，根据目标角度坐标及识别设备的当前视场角度得到的第二星空图像即为校正的基准参照物。

由于不同方位看到的星空是不一样的，同一地点在不同时间看到的星空也是不一样的，所述对应的星空数据库是模拟当前环境下的星空，参见图2，所述星空数据库具体通过以下流程映射得到：

s41、获取识别设备所在位置信息，所述位置信息即为望远镜的地理位置信息，具体可以包括望远镜所在的精度坐标和纬度坐标；

s42、获取当前时间信息；

s43、根据所述位置信息和时间信息，映射得到当前星空数据库，即为步骤s4中所述的对应的星空数据库。

s5、比对第一星空图像与第二星空图像，根据比对结果识别第一星空图像中的待识别星体。

具体地，将所述第一星空图像与第二星空图像进行比对，实际上是将待校验的星空图像与校正的基准星空图像进行匹配比对，若匹配得到两张图像一致，则判定为当前的镜头下(第一星空图像中)存在待识别的目标星体，否则，判定当前镜头下不存在所述目标星体。

具体地，参见图3，所述比对第一星空图像与第二星空图像包括以下流程：

s51、对所述第一星空图像进行降噪预处理，通过ccd拍摄的照片会存在噪点，噪点为呈白亮状的点，对星体的判别结果造成了混淆，因此需要对第一星空图像进行降噪，将判定为噪点的亮点去除，确保剩下的亮点均为星体；

s52、在完成预处理的第一星空图像中选定三个或三个以上测量星体；

s53、根据所述测量星体，得到第一星空图像中星体距离比例值；

s54、在所述第二星空图像中搜索满足所述距离比例值的星体；

s55、判断搜索结果是否存在满足所述距离比例值的星体，若不存在，则执行s56；

s56、判定所述比对结果为第一星空图像与第二星空图像不匹配。

下面对步骤s51中的降噪预处理的具体操作作以下说明，参见图5，所述降噪预处理包括以下流程：

s511、寻找图片中亮度最大的像素点，其位置记为(x1,y1),其亮度记为pmax；

s512、以所述亮度最大的像素点为圆心，以r0为半径，计算该范围内亮度均值，记为a0；

s513、若pmax-a0<k*pmax，则调整r0为r0+rstep，直至pmax-a0≥k*pmax，其中，k为设定的降噪系数，rstep为半径步进调整值；

s514、若r0≥rth，其中，rth为设定的半径阈值，此处r0为调整后的新的半径值，则判定所述亮度最大的像素点为星点，并继续执行s515，否则判定为噪声，并删除所述像素点；

s515、判断当前找到的星点总数是否大于cth，其中，cth为设定的要求确定的星体颗数，若是，则执行s516，否则在圆心为(x1,y1)，半径为r0(调整后的新的半径值)的范围之外的图片中重复执行步骤s511-s514；

s516、将找到的星点坐标送入识别算法中进行判断，若图片中星点数不足，则将望远镜镜筒随机移动一个位置，重新拍摄图片进行计算。

本实施例中，利用的是星体较噪声点而言，具有更强的辐射力这一特性进行去噪预处理，即星体更容易实现将其光亮向周围辐射，使周围的亮度要高于噪声点周围的亮度，在一个优选的实施例中，所述k优选为0.05，即确定亮点向外辐射，使辐射区域的平均亮度小于该亮点像素亮度的95％时的辐射半径，若该辐射半径小于设定的半径阈值，则判定该亮点为噪声，并在星空图像中删除所述亮点，否则判定该亮点为星体，以上所述的r0均为当前更新的最新调整半径值。

需要说明的是，本实施例中对第一星空图像进行去噪操作是实现星体快速识别的其中一个预处理步骤，本发明的核心是利用星空数据库模拟当前望远镜，通过比对实际拍摄星空图像与模拟星空图像，以实现无校准且快速寻星，因此，本实施例中仅仅是列出了一种优选的去噪方法，其不对本发明的保护范围作出限定，任意一种现有技术中的图像去噪方法应用于本申请中均可以实现本发明的技术方案，解决不校准、快速寻星的技术问题，即现有技术中的去噪方法均落入本申请要求的保护范围。

若搜索结果为第二星空图像中存在满足所述距离比例值的星体，则直接判定第一星空图像与第二星空图像匹配，详述如下，或者，为了确保比对结果的准确性，需要对所述第一星空图像与第二星空图像进一步执行步骤s52-s55，详述如下。

在本发明的一个实施例中，执行s52时，选定足够数量的测量星体，比如，第二星空图像中存在18颗星体，而经过去噪的第一星空图像中存在15颗星体，选定12颗或者更多/全部星体作为测量星体，以其中一颗为基准星体，测量所述基准星体与其他测量星体的距离，进而得到星体距离比例值，进行测距的测量星体的颗数越多，则准确率越高，当测量星体占总星体数量的比例足够大，则经过一次对第二星空图像的距离比例值的搜索，即可直接判定第一星空图像与第二星空图像是否匹配。

在本发明的另一个实施例中，执行s52时，仅选定三颗或四颗测量星体，然后在第一次对第二星空图像的距离比例值的搜索完成之后，若存在，则再进行重新选定其他测量星体，重复执行s53和s54，重复的次数越多，则比对结果的准确率越高。

具体为，选定一颗测量星体，再寻找与该测量星体最近的且能构成三角形的两颗测量星体，测量三角形的边长，得到边长比例，根据所述边长比例，在第二星空图像中寻找是否存在三颗星，构成相同边长比例的三角形，若存在，则分别以另外两颗为基准，寻找与该星体最近且能构成三角形的两颗测量星体，这个过程定义为一次迭代，若两次迭代的搜索结果均为第二星空图像中存在满足所述距离比例值的星体，则判定第一星空图像与第二星空图像匹配。需要说明的是，迭代次数越多，则判定结果越准确，经过测算，迭代两次，准确率可以达到95％以上，迭代三次，准确率可以达到99％以上。

需要说明的是，本发明实施例中将三颗星构成三角形与现有技术中的构图寻星存在本质区别，本发明中不属于构图技术，形成三角形仅仅是用于测量三角形的边长，基于此，即使不实际构图形成三角形，同样可以实现在三颗星中测量两两之间的距离，本申请的图像比对技术与现有技术中的构图寻星技术相比，比对速度更快，准确率更高。

与上述实施例不同的是，除了以另外两颗为基准再寻找其他的测量星体外，还可以重新选择完全不同的测量星体，再对所述第一星空图像与第二星空图像进行再一次或多次比对，比对的对象除了上述实施例提供的构成三边形或其他多边形的边长比例外，还可以选择基准星体到其他星体的距离比，采用此技术方案，同样可以对第一星空图像是否与第二星空图像是否匹配进行判断。由于第一星空图像和第二星空图像的绝对尺寸无法做到绝对一致，因此可以按比例来进行判断，本发明对以何种具体方式来提取第一星空图像中的距离比例不作限定，凡是以比例作为匹配依据出发进行比对的技术方案均落入本申请的权利要求范围。

当确定第一星空图像与第二星空图像匹配后，即相当于确定拍摄的第一星空图像中包含有待识别的目标星体，为了进一步定位到所述目标星体，需要对焦所述目标星体，具体过程如下：

随着焦距变小，视场角度变小，目标星体有可能脱离视场，为此需要不断拍摄当前星空图片，即新的视场角度下的第一星空图像，定义为第三星空图像，将第三星空图像与第二星空图像进行比对，若比对结果为匹配，则继续调节所述识别设备的焦距，重复执行拍摄新的第一星空图像及与第二星空图像的比对步骤，直至识别出待识别的目标星体。

与上述实施例中将第三星空图像与第二星空图像进行比对有所不同，在本发明的另一个实施例中，根据目标角度坐标及调节后的当前视场角度，在对应的星空数据库中搜索得到新的第二星空图像，定义为第四星空图像，将新的第一星空图像(包括第三星空图像)与新的第二星空图像(包括第四星空图像)进行比对，同样可以实现本发明的技术方案。

若当前拍摄的第一星空图像中不存在所要识别的目标星体，则第一星空图像与第二星空图像不匹配，则依据已知的当前星空坐标和目标星体坐标之间的关系调整至目标星体坐标，即进一步调节识别设备的角度坐标，直至重新摄取的星空图像与第二星空图像的比对结果为匹配。

实施例2

在本发明的一个实施例中，本发明提供了一种星体快速识别装置，包括：

目标星体模块410，用于获取待识别的星体信息，所述星体信息包括目标角度坐标；

调节模块420，用于根据所述目标角度坐标，调节识别设备的角度坐标；

摄取模块430，用于利用识别设备在当前角度坐标摄取第一星空图像；

星空搜索模块440，用于根据目标角度坐标及识别设备的当前视场角度，在对应的星空数据库中搜索得到第二星空图像；

比对模块450，用于比对第一星空图像与第二星空图像，根据比对结果识别第一星空图像中的待识别星体。

进一步地，所述装置还包括星空数据库模块460，所述星空数据库模块460包括：

位置单元461，用于获取识别设备所在位置信息；

时间单元462，用于获取当前时间信息；

映射单元463，用于根据所述位置信息和时间信息，映射得到所述对应的星空数据库。

进一步地，所述比对模块450包括：

预处理单元451，用于对所述第一星空图像进行降噪预处理；

测量单元452，用于在完成预处理的第一星空图像中选定三个或三个以上测量星体；

比例值单元453，用于根据所述测量星体，得到第一星空图像中星体距离比例值；

星体搜索单元454，用于在所述第二星空图像中搜索满足所述距离比例值的星体，若不存在，则判定所述比对结果为第一星空图像与第二星空图像不匹配。

进一步地，所述装置还包括焦距调节模块470及角度调节模块480，

所述焦距调节模块470用于调节所述识别设备的焦距，直至识别出待识别星体；

所述角度调节模块480用于响应于第一星空图像与第二星空图像不匹配，进一步调节识别设备的角度坐标，直至重新摄取的星空图像与第二星空图像的比对结果为匹配。

在本发明的另一个实施例中，本发明提供了一种望远镜，包括如上实施例所述的星体快速识别装置。

需要说明的是：上述实施例提供的星体快速识别装置在进行星体识别时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将星体快速识别装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，本实施例提供的星体快速识别装置实施例与上述实施例提供的星体快速识别方法属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。