專利名稱：紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價與判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對紫外月球敏感器輸出的數(shù)據(jù)的評價方法，屬光學(xué)成像姿 態(tài)敏感器領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著成像探測器件以及處理器技術(shù)的快速進步，航天器姿態(tài)敏感器逐漸由 單元掃描式向成像式發(fā)展，紫外月球敏感器就是一種有別于傳統(tǒng)地平儀的大視場成像式姿態(tài)敏感器。紫外月球敏感器的輸出受到以下因素的制約①紫外月 球成像質(zhì)量；②月相，包括滿月、凸月、弦月、娥眉月；③月球地表地形輻射 差異與起伏；④邊緣提取等信息處理方法適應(yīng)性。以上因素使得紫外月球敏感器的數(shù)據(jù)輸出在軌道的不同弧段存在不同數(shù)據(jù)品質(zhì)的輸出，這也就是提出紫外 月球敏感器輸出數(shù)據(jù)品質(zhì)評價的技術(shù)背景。數(shù)據(jù)品質(zhì)等級的評價實現(xiàn)了姿態(tài)信息、軌道高度信息的正確度、準(zhǔn)確度及 可信度的數(shù)學(xué)描述，對于航天器導(dǎo)航制導(dǎo)控制系統(tǒng)(GNC)而言根據(jù)品質(zhì)等級大 小進行不同的數(shù)據(jù)使用，例如剔除低品質(zhì)等級數(shù)據(jù)、加權(quán)使用高品質(zhì)數(shù)據(jù)，因 此數(shù)據(jù)品質(zhì)等級的設(shè)計對于衛(wèi)星的敏感器與GNC系統(tǒng)具有重要的工程價值。紫外月球敏感器是我國第 一個大視場擴展目標(biāo)成像的敏感器。蔣渝、王蔚韜、張建高、何光輝，數(shù)據(jù)挖掘中的數(shù)據(jù)品質(zhì)問題及其挖掘， 計算機科學(xué)[J], 2002年第12期。文獻中提到了數(shù)據(jù)庫建立中的數(shù)據(jù)品質(zhì)概念， 但主要不足在于對光學(xué)姿態(tài)敏感器領(lǐng)域及品質(zhì)量化與建立方法問題沒有論述。美國專利US5319969，名稱"Method for determining 3-axis spacecraft attitude"中介紹了一種利用紫外譜段姿態(tài)敏感器的三軸姿態(tài)確定方法，其中未 涉及輸出數(shù)據(jù)的品質(zhì)評價與判斷。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是提供一種紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價與判斷 方法，該數(shù)據(jù)評價方法將紫外月球敏感器輸出的數(shù)據(jù)可信度實現(xiàn)量化，該判斷方法將量化的數(shù)據(jù)進一步確定應(yīng)用權(quán)重系數(shù)，有效避免紫外月球^:感器有誤輸 出數(shù)據(jù)對衛(wèi)星系統(tǒng)的影響。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，包括下列 步驟(1 )對紫外月球敏感器輸出的月球圖像數(shù)據(jù)進行亮度分析，判斷所述的月 球圖像雜光干擾及圖像亮暗程度，比較圖像中暗灰度像素所占比例與預(yù)設(shè)比例 閾值的大小，若圖像的暗灰度像素比例大于預(yù)設(shè)比例閾值則認為圖像過暗，轉(zhuǎn) 步驟(5)，否則轉(zhuǎn)步驟(2);(2) 判斷圖像是否出現(xiàn)強雜光，若出現(xiàn)轉(zhuǎn)步驟(5),否則轉(zhuǎn)步驟(3);(3) 判讀圖像中月球的有效邊緣長度，若有效邊緣長度小于預(yù)設(shè)值，則認 為弧段過短，轉(zhuǎn)步驟(5)，否則轉(zhuǎn)步驟(4);(4) 根據(jù)月球邊緣弧長與擬和誤差進行數(shù)據(jù)品質(zhì)分級計算；(5) 將輸出數(shù)據(jù)品質(zhì)等級設(shè)置為最低級。所述步驟(1 )中的圖像暗像素比例值rate計算公式為其中，M^打為圖像中灰度小于暗灰度閾值Pr的像素量總合；Pt等于地面實驗中的最大背景灰度值； M、 N為圖^^的長與寬。 一種判斷紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)的方法首先，根據(jù)仿真與試驗情況定 一個評價閾值，將權(quán)利要求1的結(jié)果與評價閾值進行比較，大于閾值的數(shù)據(jù)認 為有效數(shù)據(jù)，反之舍去；然后，將所述的有效數(shù)據(jù)根據(jù)其品質(zhì)等級大小設(shè)計應(yīng) 用權(quán)重系數(shù)，品質(zhì)等級越高應(yīng)用權(quán)重系數(shù)越大，應(yīng)用權(quán)重系數(shù)計算公式如下 Coef=Q0*W W=QD/max(QD)其中，Coef為系統(tǒng)應(yīng)用系數(shù)； QO為預(yù)設(shè)最大系數(shù)值； W為權(quán)重值；max(QD)代表最大的品質(zhì)等級。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1) 本發(fā)明通過對影響紫外月球敏感器姿態(tài)測量的圖像明暗、雜光情況、 月球弧長及計算誤差進行分析，實現(xiàn)品質(zhì)等級數(shù)量化，與現(xiàn)有的敏感器主要依 靠前后數(shù)據(jù)比較方法對比，實現(xiàn)了輸出數(shù)據(jù)在軌實時評價，獨立性、實時性強； 并且由于本發(fā)明將圖像明暗、雜光等因素綜合考慮在內(nèi)，準(zhǔn)確性高。(2) 本發(fā)明品質(zhì)計算公式創(chuàng)建新穎、全面，既考慮了月球弧段長度也包含 了擬和計算的誤差，完備的反映了姿態(tài)準(zhǔn)確性程度。(3) 圖像質(zhì)量考慮全面，既有亮暗判斷又有雜光干擾判斷。(4) 本發(fā)明通過先設(shè)閾值對品質(zhì)等級量化的數(shù)據(jù)進行判斷，可以有效防止 圖像質(zhì)量差或月球邊緣弧長短的數(shù)據(jù)輸出而且也可以防止計算誤差大的數(shù)據(jù)輸 出，本發(fā)明通過設(shè)定權(quán)重系數(shù)可以更為有效的利用敏感器輸出數(shù)據(jù)，對大于閾 值的高低品質(zhì)數(shù)據(jù)進行不同的權(quán)重應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價計算流程圖； 圖2為本發(fā)明強雜光判斷流程圖； 圖3為本發(fā)明判斷流程圖； 圖4為本發(fā)明輸入的月球圖像； 圖5為本發(fā)明有效邊緣圖像。
具體實施方式
本發(fā)明中涉及的紫外月球敏感器可以采用Honeywell公司申請的專利號為 US5837894名稱"Wide Field of View Sensor with diffractive Optical Corrector"中公開的一種利用紫外譜段的三軸姿態(tài)敏感器。還可以采用美國專利US5319969名牙爾"Method for determining 3-axis spacecraft attitude"中乂>開的一種利用紫外譜段的三軸姿態(tài)敏感器。如圖1所示，為本發(fā)明方法流程圖，具體實現(xiàn)過程如下 (1 )對紫外月球敏感器輸出的月球圖像數(shù)據(jù)進行亮度分析，判斷所述的月球圖像雜光干擾及圖像亮暗程度，比較圖像中暗像素比例rate與預(yù)先設(shè)置比例閾值大小，若比例值大于所述比例閾值，則認為圖像過暗，轉(zhuǎn)步驟(5),否則轉(zhuǎn)步驟(2);圖像中暗像素比例rate值計算公式為其中，W謂"為圖像中灰度小于灰度閾值/^的像素量總合，Pr等于地面實驗 中的最大背景灰度值，對于0~255圖像P7"可選擇[1 10]; M、 N為圖像的長與寬。預(yù)先設(shè)置的比例閾值根據(jù)目標(biāo)的標(biāo)稱大小占整幅圖像的比例確定，范圍為
。(2)判斷圖像是否出現(xiàn)強雜光，若出現(xiàn)轉(zhuǎn)步驟(5),否則轉(zhuǎn)步驟(3);其 中，強光干擾現(xiàn)象判斷流程如圖2所示，具體方法如下第一步，確定紫外月球敏感器所攝圖像強雜光判斷的靶面分析區(qū)域，分析 區(qū)域為紫外月球敏感器有效視場外的下方圖像部分中的某 一行。第二步，對所述分析區(qū)域內(nèi)的像素進行橫向搜索，若出現(xiàn)連續(xù)兩個像素大 于亮像素閾值，則停止搜索并轉(zhuǎn)第三步，否則繼續(xù)搜索；亮像素閾值略小于地 面實驗中確定的最亮灰度值， 一般不小于最亮灰度值的95%。第三步，對第二步中像素大于強光閾值的兩個像素點中的任意一個像素開 始縱向搜索并統(tǒng)計搜索中連續(xù)像素大于所述亮像素閾值的個數(shù)，當(dāng)統(tǒng)計的個數(shù) 大于數(shù)目閾值時，代表圖像中存在強雜光，停止搜索；否則，對另一個像素點 進行縱向搜索并統(tǒng)計搜索中連續(xù)像素大于所述亮像素閾值的個數(shù)，當(dāng)統(tǒng)計的個 數(shù)大于數(shù)目閾值(數(shù)目閾值一般大于10)時，代表圖像中存在強雜光，停止搜索；否則從第二步繼續(xù)搜索，直至分析區(qū)域全部搜索完畢。(3) 判讀月球圖像邊緣的長度，若邊緣長度小于預(yù)設(shè)值，則認為弧段過短, 轉(zhuǎn)步驟(5),否則轉(zhuǎn)步驟(4);預(yù)設(shè)值的取值范圍[1/4 1/8]*360。(4) 對月球圖像進行品質(zhì)分級計算，計算公式如下其中，W t7AT7為有效邊緣長度；c/P/xe/為運算i吳差； /C為常數(shù)； []為取整運算； QD為量化的品質(zhì)等級。 (5)將月球圖像品質(zhì)等級設(shè)置為0。通過上面的方法對月球圖像評價后，將當(dāng)前敏感器數(shù)據(jù)及對應(yīng)的品質(zhì)等級 輸出給航天器GNC系統(tǒng)，GNC舍棄低品質(zhì)等級數(shù)據(jù)，若品質(zhì)等級高于閾值則 使用并隨高品質(zhì)數(shù)據(jù)高低加不同權(quán)重，其中閾值可設(shè)為6。如圖3所示，為本發(fā)明應(yīng)用方法流程圖，首先，根據(jù)仿真與試驗情況定一 個評價閾值，將權(quán)利要求1的結(jié)果與評價閾值進行比較，大于閾值的數(shù)據(jù)認為 有效數(shù)據(jù)，反之舍去；然后，將所述的有效數(shù)據(jù)根據(jù)其品質(zhì)等級大小設(shè)計應(yīng)用 權(quán)重系數(shù)，品質(zhì)等級越高應(yīng)用權(quán)重系數(shù)越大，應(yīng)用權(quán)重系數(shù)計算公式如下 Coef=Q0*W W=QD/max(QD) 其中，Coef為系統(tǒng)應(yīng)用系數(shù)； QO為預(yù)設(shè)最大系數(shù)值； W為權(quán)重值；max(QD)代表最大的品質(zhì)等級。 上面所述的評價閾值耳又值范圍[3 7]。實施例將圖4所示的圖像輸入紫外月球敏感器內(nèi)存，敏感器等效焦距 1.8758mm(137.2像素)，靶面像素1024*1024長度14mm，選取暗像素灰度閾 值為15，暗像素比例閾值為90。/。，計算暗像素總數(shù)Num=931907 暗像素比例Rate=Num/(1024*1024)=88.87% 判斷暗像素比例Rate<90%，轉(zhuǎn)入強雜光判斷。設(shè)定強雜光閾值250,在選定區(qū)域內(nèi)G(x，y)最后幾行像素灰度均小于強光 閾值，因此計算圖像邊緣長度，選擇邊緣弧長閾值為1/6圓弧等價60。，經(jīng)過 邊緣擬合處理邊緣弧段長度172。(見圖5)，那么邊緣長度Vnurr^172〉預(yù)設(shè)值 45,因此進行品質(zhì)等級計算，設(shè)定品質(zhì)總級數(shù)
,比例系數(shù)K為20,代入 計算中的圓擬合誤差為0.95，那么品質(zhì)等級Qd=[(172/0.95/20)]=9設(shè)定敏感器品質(zhì)閾值為Qt為4，那么Qd>Qt,這一次敏感器計算結(jié)果輸 出數(shù)據(jù)有效；系統(tǒng)對敏感器數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)最大系數(shù)值QO為0.2,那么應(yīng)用權(quán)重W: W=Qd/max(QD)=9/15 加權(quán)的應(yīng)用系數(shù)Coef=W* Q0=0.12。本發(fā)明思想與方法可以推廣應(yīng)用于其它空間敏感器的數(shù)據(jù)評價與判斷上， 只要利用本發(fā)明的思想實現(xiàn)的方法都落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明未詳細說 明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
1、紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在于包括下列步驟(1)對紫外月球敏感器輸出的月球圖像數(shù)據(jù)進行亮度分析，判斷所述的月球圖像亮暗程度，比較圖像中暗灰度像素所占比例與預(yù)設(shè)比例閾值的大小，若圖像的暗灰度像素比例大于預(yù)設(shè)比例閾值則認為圖像過暗，轉(zhuǎn)步驟(4)，否則轉(zhuǎn)步驟(2)；(2)判斷圖像是否出現(xiàn)強雜光，若出現(xiàn)轉(zhuǎn)步驟(4)，否則轉(zhuǎn)步驟(3)；(3)判讀圖像中月球的有效邊緣長度，若有效邊緣長度小于預(yù)設(shè)值，則認為弧段過短，轉(zhuǎn)步驟(4)，否則轉(zhuǎn)步驟(5)；(4)將輸出數(shù)據(jù)品質(zhì)等級設(shè)置為最低級；(5)根據(jù)月球邊緣弧長與擬和誤差進行數(shù)據(jù)品質(zhì)分級計算。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在 于所述步驟(1)中的圖像暗像素比例值rate計算公式為其中，iv訓(xùn)"為圖像中灰度小于暗灰度閾值Pr的像素量總合； Pt等于地面實驗中的最大背景灰度值； M、 N為圖像的長與寬。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在 于所述步驟(1)中預(yù)設(shè)比例閾值選擇范圍為
。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在 于所述步驟(2)中判斷圖像是否出現(xiàn)強雜光，方法如下第 一步，確定紫外月球敏感器所攝圖像強雜光判斷的靶面分析區(qū)域； 第二步，對所述分析區(qū)域內(nèi)的像素進行橫向搜索，若出現(xiàn)連續(xù)兩個像素大 于亮像素閾值，則停止搜索并轉(zhuǎn)第三步，否則繼續(xù)搜索；第三步，對第二步中像素大于強光閾值的兩個像素點中的任意一個像素開始縱向搜索并統(tǒng)計搜索中連續(xù)像素大于所述亮像素閾值的個數(shù)，當(dāng)統(tǒng)計的個數(shù)大于數(shù)目閾值時，代表圖像中存在強雜光，停止搜索；否則，對另一個像素點 進行縱向搜索并統(tǒng)計搜索中連續(xù)像素大于所述亮像素閾值的個數(shù)，當(dāng)統(tǒng)計的個 數(shù)大于數(shù)目閾值時，代表圖像中存在強雜光，停止搜索；否則從第二步繼續(xù)搜 索，直至分析區(qū)域全部搜索完畢。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在于 所述第 一步中的分析區(qū)域為紫外月球?qū)Ｕ筛衅饔行б晥鐾獾南路綀D像部分中的某 一行。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在于 所述的亮像素閾值略小于地面實驗中確定的最亮灰度值， 一般不小于最亮灰度 值的95%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在 于所述步驟(3)中預(yù)設(shè)值的取值范圍[1/4~1/8*360。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價方法，其特征在于 所述步驟(4)中的數(shù)據(jù)品質(zhì)分級計算公式為其中，W7wm為有效邊緣長度； c/P/xe/為擬和i吳差；K為比例常數(shù)，根據(jù)仿真與試驗結(jié)果確定， 一般取值范圍[20 80];[]為取整運算；QD為量化的品質(zhì)等級。 9、 一種判斷權(quán)利要求1評價數(shù)據(jù)結(jié)果的方法，其特征在于 首先，根據(jù)仿真與試驗情況定一個評價閾值，將權(quán)利要求1的結(jié)果與評價 閾值進行比較，大于閾值的數(shù)據(jù)認為有效數(shù)據(jù)，反之舍去；然后，將所述的有效數(shù)據(jù)根據(jù)其品質(zhì)等級大小設(shè)計應(yīng)用權(quán)重系數(shù)，品質(zhì)等級越高應(yīng)用權(quán)重系數(shù)越大，應(yīng)用權(quán)重系數(shù)計算公式如下 Coef=Q0*W W=QD/max(QD) 其中，Coef為系統(tǒng)應(yīng)用系數(shù)； QO為預(yù)設(shè)最大系數(shù)值； W為權(quán)重值；max(QD)代表最大的品質(zhì)等級。 10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)判斷方法，其特征在于所述的評價閾值 取值范圍[3~7]。
全文摘要
紫外月球敏感器輸出數(shù)據(jù)評價與判斷方法，對紫外月球敏感器輸出的月球圖像判斷圖像亮暗程度，比較圖像中暗灰度像素所占比例與預(yù)設(shè)比例閾值的大小，若前者大于后者則認為圖像過暗，將數(shù)據(jù)品質(zhì)等級設(shè)最低級，否則判斷圖像是否出現(xiàn)強雜光，若出現(xiàn)將數(shù)據(jù)品質(zhì)等級設(shè)最低級，否則判讀圖像中月球有效邊緣長度，若有效邊緣長度小于預(yù)設(shè)值，則認為弧段過短將數(shù)據(jù)品質(zhì)等級設(shè)最低級，否則根據(jù)月球邊緣弧長與擬和誤差進行數(shù)據(jù)品質(zhì)分級計算。數(shù)據(jù)判斷方法將已設(shè)置等級的數(shù)據(jù)根據(jù)閾值選擇有效數(shù)據(jù)，并將有效數(shù)據(jù)根據(jù)品質(zhì)等級設(shè)置應(yīng)用權(quán)重系數(shù)，本發(fā)明對當(dāng)前目標(biāo)情況與計算進行量化評價與判斷，有效避免紫外月球敏感器有誤數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的影響。
文檔編號G01C21/02GK101236086SQ200810057339
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者俊 梁, 立 王, 銘 程, 欣 黃, 黃江川 申請人:北京控制工程研究所