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一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法
【專利摘要】一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，通過光學(xué)成像系統(tǒng)獲取月球圖像；基于亞像素邊緣檢測算法提取月球圖像邊緣；利用提取的邊緣信息進(jìn)行初步擬合，得到初始粗?jǐn)M合圓盤；利用最小二乘法擬合月球圓盤且基于距離約束逐步優(yōu)化，得到高精度亞像素級月球圓盤；利用相對位置幾何關(guān)系計算光學(xué)成像系統(tǒng)焦距。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了地面研制過程中長焦距光學(xué)成像系統(tǒng)測量成本高、裝置復(fù)雜，在軌運行期間光學(xué)成像系統(tǒng)焦距測量難度大、精度受限等問題，充分利用對月球進(jìn)行成像，提出亞像素提取并通過最小二乘法擬合獲取月球圓盤的直徑，使得無論“滿月”還是“虧月”都能用于焦距測量，是一種經(jīng)濟(jì)可行的長焦距光學(xué)成像系統(tǒng)焦距測量方法。
【專利說明】一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，屬于光學(xué)成像系統(tǒng)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別適用于在地面與在軌運行的光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距精確測量。
【背景技術(shù)】
[0002]為滿足高分辨率觀測成像的任務(wù)需求，越來越需要使用長焦距光學(xué)成像系統(tǒng)，例如，QuickBird-2分辨率0.61m、焦距8.8m, GeoEye-1全色分辨率0.41m、焦距13.3m,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)中使用長焦距光學(xué)成像系統(tǒng)其焦距達(dá)到57.6m。
[0003]對于光學(xué)成像系統(tǒng)，無論是地面研制過程還是在軌運行階段，需要使用相應(yīng)的焦距測量技術(shù)。一方面，在地面研制階段，常用的焦距測量方法有放大率法和測角法，檢測精度受限于地面儀器設(shè)備的精度影響，設(shè)備研制成本高；另一方面，在發(fā)射以及在軌運行階段，由于振動、在軌環(huán)境溫度等變化等都將影響光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距發(fā)生一定變化，直接影響成像分辨率和幾何定位精度，需要對光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距進(jìn)行精確測量，然而，目前在軌焦距測量需要利用地面定標(biāo)場，大量地面控制點的方法測量手段復(fù)雜、成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，利用對月球進(jìn)行成像，提出亞像素提取并通過最小二乘法擬合獲取月球圓盤的直徑，使得無論“滿月”還是“虧月”都能用于焦距測量，解決了地面研制過程光學(xué)成像系統(tǒng)焦距特別是長焦距光學(xué)成像系統(tǒng)測量成本高、裝置研制難度大，在軌運行期間光學(xué)成像系統(tǒng)焦距測量依賴地面定標(biāo)場所帶來的手段復(fù)雜、成本高問題，是一種經(jīng)濟(jì)可行的長焦距光學(xué)成像系統(tǒng)焦距測量方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，通過以下步驟實現(xiàn):
[0006](1)通過光學(xué)成像系統(tǒng)在地面或在軌觀測月球，獲取月球圖像，記錄成像位置以及成像時刻，計算光學(xué)成像系統(tǒng)到月球的距離；
[0007](2)初步確定月球所在圖像中的位置，基于亞像素邊緣檢測算法提取月球圖像邊緣；
[0008](3)利用提取的邊緣信息對月球圓盤進(jìn)行初步擬合，構(gòu)造月球圓環(huán)，并根據(jù)落入月球圓環(huán)區(qū)域的邊緣點數(shù)，得到初始粗?jǐn)M合圓盤；
[0009](4)在初始粗?jǐn)M合圓盤的基礎(chǔ)上，利用最小二乘法擬合月球圓盤，并且基于距離約束逐步優(yōu)化，最終得到高精度的亞像素級月球圓盤；
[0010](5)利用光學(xué)成像系統(tǒng)與月球的位置幾何關(guān)系計算光學(xué)成像系統(tǒng)焦距。
[0011]所述步驟(2)中初步確定月球所在圖像中的位置通過以下步驟實現(xiàn):
[0012](2.1)構(gòu)造月球圖像的坐標(biāo)系Χ0Υ，將所獲取的月球圖像的左上角作為月球圖像的坐標(biāo)原點0，水平向右作為月球圖像的X軸，豎直向下作為月球圖像的Y軸；[0013](2.2)將月球圖像分別在X、Y方向投影，在X方向的投影值為圖像中每一列的灰度值之和，在Y方向的投影值為圖像中每一行的灰度值之和，分別統(tǒng)計X與Y方向灰度值之和大于預(yù)設(shè)閾值的區(qū)域，該區(qū)域的寬度與高度分別表示為ΛΧ與ΛΥ;
[0014](2.3)將上述區(qū)域在X與Y方向分別往+X、-X方向以及+Y、-Y方向擴(kuò)展δ個像素，則將寬度為ΔΧ+2δ、高度為ΔΥ+2δ的矩形區(qū)域初步確定為月球所在圖像中的位置。
[0015]所述步驟(2.1)中預(yù)設(shè)閾值大于20個灰度值，所述步驟(2.2)中δ取值范圍30~50個像素。
[0016]所述步驟(3)中得到初始粗?jǐn)M合圓盤通過以下步驟實現(xiàn):
[0017](3.1)根據(jù)步驟(2)提取的邊緣信息，統(tǒng)計所有邊緣在X、Y方向的坐標(biāo)最大點與最小點，得到所對應(yīng)的四個極值點坐標(biāo)，判斷四個極值點中是否有重合的點，如果四個極值點都不重合，則轉(zhuǎn)步驟(3.3)，否則四個極值點有重合，不重合的極值點數(shù)為m個，m為大于I小于4的整數(shù)，繼續(xù)步驟(3.2)；
[0018](3.2)構(gòu)造新坐標(biāo)系X' O' V，以月球圖像的坐標(biāo)原點O為新坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點O'，X軸、Y軸各順時針旋轉(zhuǎn)45°得到X'軸和Y'軸，統(tǒng)計所有邊緣在X'Y'方向的坐標(biāo)最大點與最小點得到四個新極值點坐標(biāo)，判斷每個新極值點與步驟(3.1)中極值點是否重合，如果不重合則m加I，將該新極值點補充到步驟(3.1)中的極值點中，直到m等于4，得到四個不重合的極值點；
[0019](3.3)以四個極值點的三個極值點作為一組分別擬合月球圓盤，得到四個月球圓盤；
[0020]( 3.4)對四個月球圓盤中的每個圓盤都進(jìn)行下述處理，即以月球圓盤邊界為分界線，在半徑方向分別向外、向內(nèi)擴(kuò)展η個像素，形成寬度為2η個像素的月球圓環(huán)；
[0021](3.5)統(tǒng)計所有邊緣點落在月球圓環(huán)外側(cè)的邊緣點的個數(shù)，如果邊緣點的個數(shù)大于設(shè)定的閾值，則將該月球圓環(huán)所對應(yīng)的月球圓盤去掉，不作為候選月球圓盤，如果邊緣點的個數(shù)不大于設(shè)定的閾值，則將該月球圓環(huán)所對應(yīng)的月球圓盤作為候選月球圓盤；
[0022](3.6)遍歷候選月球圓盤中的所有邊緣點，記錄落在候選月球圓盤所對應(yīng)的月球圓環(huán)區(qū)域的邊緣點，如果所述候選月球圓盤的個數(shù)大于1，則繼續(xù)步驟(3.7)，否則將該候選月球月盤作為初始粗?jǐn)M合圓盤，不繼續(xù)步驟(3.7)；
[0023](3.7)統(tǒng)計所記錄的落在每個候選月球圓盤所對應(yīng)的圓環(huán)區(qū)域的邊緣點數(shù)，將具有最大邊緣點數(shù)所對應(yīng)的月球圓盤作為初始粗?jǐn)M合圓盤。
[0024]所述步驟(4)中得到高精度的亞像素級月球圓盤通過以下步驟實現(xiàn):
[0025](4.1)將步驟(3.6)或步驟(3.7)所獲得的初始粗?jǐn)M合圓盤所對應(yīng)的圓環(huán)區(qū)域的邊緣點，利用最小二乘法擬合圓盤，得到亞像素級月球圓盤；
[0026](4.2)確定參與擬合的每個邊緣點到亞像素級月球圓盤的距離，如果該距離大于設(shè)定的閾值，則去掉該邊緣點，否則保留該邊緣點；直至所有邊緣點處理完成；
[0027](4.3)將保留的所有邊緣點利用最小二乘法擬合圓盤，得到新的亞像素級月球圓盤，重新執(zhí)行步驟(4.2)，直到所有距離大于設(shè)定閾值的邊緣點都去掉得到高精度的亞像素級月球圓盤。
[0028]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為:
[0029](I)本發(fā)明可用于在地面測量光學(xué)成像系統(tǒng)焦距，充分利用目前已知的月球高精度信息，在地面使光學(xué)成像系統(tǒng)對月球成像，不需要專門的焦距測量靶標(biāo)即可實現(xiàn)光學(xué)成像系統(tǒng)的高精度焦距測量，避免了光學(xué)成像系統(tǒng)焦距特別是長焦距地面測量難度大、成本高、靶標(biāo)精度要求苛刻等缺點。
[0030](2)本發(fā)明克服目前在軌光學(xué)成像系統(tǒng)焦距測量的難點，充分利用月球高精度的直徑、距離等信息以及成像系統(tǒng)到月球距離遠(yuǎn)的特點，在軌運行期間利用衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整能力對月球成像，不需要專門的地面靶標(biāo)和控制點，即可實現(xiàn)光學(xué)成像系統(tǒng)的高精度在軌焦距測量。
[0031](3)本發(fā)明提出一種對月球進(jìn)行亞像素邊緣提取并擬合成月球圓盤的方法，不受月球“月相”的限制，無論“滿月”還是“虧月”都可以擬合成圓盤，極大提高了基于月球成像進(jìn)行焦距測量的次數(shù)，可實現(xiàn)高頻次的焦距測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法流程圖；
[0033]圖2是本發(fā)明在軌運行衛(wèi)星對月球成像的示意圖；
[0034]圖3是本發(fā)明利用Canny算子進(jìn)行亞像素提取的拋物線擬合示意圖；
[0035]圖4是本發(fā)明從初始粗?jǐn)M合圓盤到逐步優(yōu)化得到高精度的亞像素級月球圓盤的具體流程圖；
[0036]圖5是本發(fā)明計算光學(xué)成像系統(tǒng)焦距示意圖；
[0037]圖6a_圖6d是本發(fā)明月球仿真“虧月”圖像邊緣提取與擬合圓盤的示意圖；
[0038]圖7a_圖7d是本發(fā)明月球?qū)嶋H“滿月”圖像邊緣提取與擬合圓盤的實施例圖。
【具體實施方式】
[0039]一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，具體步驟如圖1所示，該方法由以下步驟實現(xiàn):
[0040]1、通過光學(xué)成像系統(tǒng)在地面或在軌觀測月球，獲取月球圖像，記錄成像位置以及成像時刻，計算光學(xué)成像系統(tǒng)到月球的距離。
[0041]所述光學(xué)成像系統(tǒng)在地面觀測月球主要是滿足地面研制階段光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距測量需求，可根據(jù)需要對月球進(jìn)行多次成像，獲取多幅月球圖像。
[0042]所述光學(xué)成像系統(tǒng)在軌觀測月球主要是滿足光學(xué)成像系統(tǒng)在軌運行階段光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距測量需求。
[0043]所述記錄成像位置及成像時刻主要利用STK軟件計算成像位置與月球之間的距離信息。如圖2所示為STK軟件仿真的在軌運行衛(wèi)星與月球位置關(guān)系的示意圖，根據(jù)成像位置和成像時刻利用STK軟件可以得到衛(wèi)星成像位置到月球的距離。
[0044]2、初步確定月球所在圖像中的位置，基于亞像素邊緣檢測算法提取月球圖像邊緣。
[0045]2.1、將所述月球圖像在一維投影，初步確定月球所在圖像中的位置。
[0046]由于深空背景的灰度值接近零值，因此月球在圖像中灰度信息明顯，將所獲取的月球圖像的左上角作為月球圖像的坐標(biāo)原點，從坐標(biāo)原點開始水平向右作為圖像的X軸，從坐標(biāo)原點開始豎直向下作為圖像的Y軸，將所獲得的月球圖像分別在X、Y方向投影，在X方向投影值為圖像中每一列的灰度值之和，在Y方向的投影值為圖像每一行的灰度值之和，分別統(tǒng)計X與Y方向灰度值之和大于一定閾值的區(qū)域，本實例取閾值大于20個灰度值，初步確定該區(qū)域為圖像中的月球成像區(qū)域，該區(qū)域的寬度與高度分別表示為ΛΧ與Λy。
[0047]將上述月球成像區(qū)域在X與Y方向分別往+X、_X方向以及+y、_y方向擴(kuò)展δ個像素，則將寬度為ΔΧ+2δ、高度為Δy+2δ的矩形區(qū)域初步確定為月球所在圖像中的位置，δ取值范圍30~50個像素，在所確定的月球所在圖像中的位置區(qū)域內(nèi)進(jìn)行月球圖像邊緣提取。
[0048]2.2、Canny邊緣檢測算子實現(xiàn)像素級邊緣檢測。
[0049]Canny邊緣檢測算子具有邊緣的漏檢率低、定位準(zhǔn)確、單邊緣響應(yīng)準(zhǔn)則等特點,本發(fā)明對上述獲取的月球圖像采用Canny算子進(jìn)行邊緣提取。
[0050]所述Canny邊緣檢測算子的檢測步驟:用高斯濾波器平滑圖像；用一階偏導(dǎo)的有限差分來計算梯度的幅值與方向；對梯度幅值應(yīng)用非極大值抑制，細(xì)化邊緣；用雙閾值法檢測和連接邊緣。
[0051]2.3、拋物線擬合的亞像素級邊緣檢測。
[0052]Canny邊緣檢測算子的亞像素檢測主要是通過拋物線擬合確定真實邊緣位置，如圖3所示，在非極大值抑制過程中通過插值得到法線方向IP1的幅值W1,P2的幅值W2，邊緣像素點P的幅值為W，利用？142和P的幅值擬合法線方向上的拋物線方程，因此真正的邊緣點為拋物線方程對應(yīng)的最高點Wmax,也就是拋物線的一階導(dǎo)數(shù)等于零時所對應(yīng)的點的坐標(biāo)。
[0053]3、利用提取的邊緣信息對月球圓盤進(jìn)行初步擬合，構(gòu)造月球圓環(huán)統(tǒng)計落入月球圓環(huán)區(qū)域的邊緣點數(shù)，并將具有最大邊緣點數(shù)所對應(yīng)的月球圓盤作為初始粗?jǐn)M合圓盤。
[0054]3.1、統(tǒng)計上述所提取出的所有邊緣點中在X方向與Y方向的最小值與最大值，分別記為Xniin, Xmax, ymin, ymax，保存這四個點坐標(biāo)即四個邊緣極值點(Xniin, Yieft)> (xmax, Yright)>(xup, ymin)、(Xdown.ymax)，分別稱為左邊界點、右邊界點、上邊界點和下邊界點，其中yieft，Yright分別為X方向最小值與最大值邊緣點所對應(yīng)的?坐標(biāo)值，xup, Xdown分別為Y方向最小值與最大值邊緣點所對應(yīng)的X坐標(biāo)值。根據(jù)統(tǒng)計得到的四個邊緣極值點，判斷四個邊緣極值點中是否有重合的點，如果四個邊緣極值點都不重合，則轉(zhuǎn)步驟3.3，否則四個極值點有重合，不重合的極值點數(shù)為m個，m為大于I小于4的整數(shù)，繼續(xù)步驟3.2 ；
[0055]3.2、構(gòu)造新坐標(biāo)系X' O' Y',以月球圖像的坐標(biāo)原點O為新坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點O'，X軸、Y軸各順時針旋轉(zhuǎn)45°得到Xi軸和Y'軸，統(tǒng)計所有邊緣在x'、y'方向的坐標(biāo)最大點與最小點得到四個新極值點坐標(biāo)，判斷每個新極值點與步驟3.1中極值點是否重合，如果不重合則m加I，將該新極值點補充到步驟3.1中的極值點中，直到m等于4，得到四個不重合的極值點；
[0056]3.3、以四個極值點的三個極值點作為一組分別擬合月球圓盤，得到四個月球圓盤；
[0057]由于月球是個球體，所以光學(xué)成像系統(tǒng)采集到的月球有一部分是圓形，在“滿月”時為全圓，在“虧月”時為部分圓弧。對上述四個邊緣點中的任意三個邊緣點進(jìn)行圓擬合，圓方程可以表示為:
[0058](x-a)2+(y-b)2=R2 ( 1)
[0059]其中，(a, b)為圓盤圓心，R為圓盤半徑。[0060]3.4、對每一個擬合得到的月球圓盤，以擬合的月球圓盤邊界為分界線，在半徑方向分別向外、向內(nèi)擴(kuò)展η個像素，形成一個具有2η寬度的圓環(huán)，本發(fā)明取η等于2~4個像素，即擬合的圓盤在半徑方向分別向外、向內(nèi)各延伸了 2~4個像素，圓環(huán)的寬度為4~8個像素；
[0061]3.5、統(tǒng)計所有邊緣點落在月球圓環(huán)外側(cè)的邊緣點的個數(shù)，如果邊緣點的個數(shù)大于設(shè)定的閾值，則將該月球圓環(huán)所對應(yīng)的月球圓盤去掉，不作為候選月球圓盤，如果邊緣點的個數(shù)不大于設(shè)定的閾值，本發(fā)明取閾值為10，則將該月球圓環(huán)所對應(yīng)的月球圓盤作為候選月球圓盤；
[0062]3.6、遍歷候選月球圓盤中的所有邊緣點，記錄落在候選月球圓盤所對應(yīng)的月球圓環(huán)區(qū)域的邊緣點，如果所述候選月球圓盤的個數(shù)大于1，則繼續(xù)步驟3.7，否則將該候選月球月盤作為初始粗?jǐn)M合圓盤，不繼續(xù)步驟3.7 ；
[0063]3.7、統(tǒng)計所記錄的落在每個候選月球圓盤所對應(yīng)的圓環(huán)區(qū)域的邊緣點數(shù)，將具有最大邊緣點數(shù)所對應(yīng)的月球圓盤作為初始粗?jǐn)M合圓盤。
[0064]4、在上述初始粗?jǐn)M合圓盤的基礎(chǔ)上，利用最小二乘法擬合月球圓盤，并且基于距離約束逐步優(yōu)化，最終得到高精度的亞像素級月球圓盤。
[0065]4.1、將步驟3.6或步驟3.7所獲得的初始粗?jǐn)M合圓盤所對應(yīng)的圓環(huán)區(qū)域的邊緣點，利用最小二乘法擬合圓盤，得到亞像素級月球圓盤。
[0066]4.2、基于距離約束逐步優(yōu)化去除亞像素月球圓盤上的邊緣點，再利用剩下的亞像素邊緣點擬合精確的月球圓盤，進(jìn)一步得到精細(xì)化后的月球圓盤半徑。
[0067]所述距離約束是指所參與擬合月球圓盤的每個亞像素邊緣點到擬合的月球圓盤的距離，如果邊緣點到圓盤的距離大于一定閾值，則去掉該邊緣點，如果邊緣點到圓盤的距離小于一定閾值，則保留該邊緣點，直到所用參與擬合的邊緣點都遍歷一遍，本發(fā)明根據(jù)擬合精度的需求，可取閾值為0.5~I個像素。
[0068]4.3、將保留的所有邊緣點利用最小二乘法擬合圓盤，得到新的亞像素級月球圓盤，重新執(zhí)行步驟4.2，直到所有距離大于設(shè)定閾值的邊緣點都去掉得到高精度的亞像素級月球圓盤。
[0069]5、利用光學(xué)成像系統(tǒng)與月球的位置幾何關(guān)系計算光學(xué)成像系統(tǒng)焦距。
[0070]根據(jù)成像時刻光學(xué)成像系統(tǒng)與月球的距離D、月球的直徑d、以及月球圓盤在圖像上對應(yīng)的像素個數(shù)，計算光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距。
[0071]如圖5所示，根據(jù)月球直徑d、距離D、月球圓盤對應(yīng)的像素個數(shù)n，可得成像系統(tǒng)的焦距計算公式為:
[0072]
【權(quán)利要求】
1.一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，其特征在于通過以下步驟實現(xiàn): (1)通過光學(xué)成像系統(tǒng)在地面或在軌觀測月球，獲取月球圖像，記錄成像位置以及成像時刻，計算光學(xué)成像系統(tǒng)到月球的距離； (2)初步確定月球所在圖像中的位置，基于亞像素邊緣檢測算法提取月球圖像邊緣； (3)利用提取的邊緣信息對月球圓盤進(jìn)行初步擬合，構(gòu)造月球圓環(huán)，并根據(jù)落入月球圓環(huán)區(qū)域的邊緣點數(shù)，得到初始粗?jǐn)M合圓盤； (4)在初始粗?jǐn)M合圓盤的基礎(chǔ)上，利用最小二乘法擬合月球圓盤，并且基于距離約束逐步優(yōu)化，最終得到高精度的亞像素級月球圓盤； (5)利用光學(xué)成像系統(tǒng)與月球的位置幾何關(guān)系計算光學(xué)成像系統(tǒng)焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，其特征在于:所述步驟(2)中初步確定月球所在圖像中的位置通過以下步驟實現(xiàn): (2.1)構(gòu)造月球圖像的坐標(biāo)系XOY，將所獲取的月球圖像的左上角作為月球圖像的坐標(biāo)原點O，水平向右作為月球圖像的X軸，豎直向下作為月球圖像的Y軸； (2.2)將月球圖像分別在X、Y方向投影，在X方向的投影值為圖像中每一列的灰度值之和，在Y方向的投影值為圖像中每一行的灰度值之和，分別統(tǒng)計X與Y方向灰度值之和大于預(yù)設(shè)閾值的區(qū)域，該區(qū) 域的寬度與高度分別表示為ΛΧ與ΛΥ; (2.3)將上述區(qū)域在X與Y方向分別往+X、-X方向以及+Y、-Y方向擴(kuò)展δ個像素，則將寬度為ΔΧ+2δ、高度為ΔΥ+2δ的矩形區(qū)域初步確定為月球所在圖像中的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，其特征在于:所述步驟(2.1)中預(yù)設(shè)閾值大于20個灰度值，所述步驟(2.2)中δ取值范圍30~50個像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，其特征在于:所述步驟(3)中得到初始粗?jǐn)M合圓盤通過以下步驟實現(xiàn): (3.1)根據(jù)步驟(2)提取的邊緣信息，統(tǒng)計所有邊緣在X、Y方向的坐標(biāo)最大點與最小點，得到所對應(yīng)的四個極值點坐標(biāo)，判斷四個極值點中是否有重合的點，如果四個極值點都不重合，則轉(zhuǎn)步驟(3.3)，否則四個極值點有重合，不重合的極值點數(shù)為m個，m為大于I小于4的整數(shù)，繼續(xù)步驟(3.2)； (3.2)構(gòu)造新坐標(biāo)系X' O' Y'，以月球圖像的坐標(biāo)原點O為新坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點O'，X軸、Y軸各順時針旋轉(zhuǎn)45°得到Xi軸和Y'軸，統(tǒng)計所有邊緣在 、X!方向的坐標(biāo)最大點與最小點得到四個新極值點坐標(biāo)，判斷每個新極值點與步驟(3.1)中極值點是否重合，如果不重合則m加I，將該新極值點補充到步驟(3.1)中的極值點中，直到m等于4，得到四個不重合的極值點； (3.3)以四個極值點的三個極值點作為一組分別擬合月球圓盤，得到四個月球圓盤； (3.4)對四個月球圓盤中的每個圓盤都進(jìn)行下述處理，即以月球圓盤邊界為分界線，在半徑方向分別向外、向內(nèi)擴(kuò)展η個像素，形成寬度為2η個像素的月球圓環(huán)； (3.5)統(tǒng)計所有邊緣點落在月球圓環(huán)外側(cè)的邊緣點的個數(shù)，如果邊緣點的個數(shù)大于設(shè)定的閾值，則將該月球圓環(huán)所對應(yīng)的月球圓盤去掉，不作為候選月球圓盤，如果邊緣點的個數(shù)不大于設(shè)定的閾值，則將該月球圓環(huán)所對應(yīng)的月球圓盤作為候選月球圓盤；(3.6)遍歷候選月球圓盤中的所有邊緣點，記錄落在候選月球圓盤所對應(yīng)的月球圓環(huán)區(qū)域的邊緣點，如果所述候選月球圓盤的個數(shù)大于1，則繼續(xù)步驟(3.7)，否則將該候選月球月盤作為初始粗?jǐn)M合圓盤，不繼續(xù)步驟(3.7)； (3.7)統(tǒng)計所記錄的落在每個候選月球圓盤所對應(yīng)的圓環(huán)區(qū)域的邊緣點數(shù)，將具有最大邊緣點數(shù)所對應(yīng)的月球圓盤作為初始粗?jǐn)M合圓盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于月球成像的光學(xué)成像系統(tǒng)焦距精確測量方法，其特征在于:所述步驟(4)中得到高精度的亞像素級月球圓盤通過以下步驟實現(xiàn): (4.1)將步驟(3.6)或步驟(3.7)所獲得的初始粗?jǐn)M合圓盤所對應(yīng)的圓環(huán)區(qū)域的邊緣點，利用最小二乘法擬合圓盤，得到亞像素級月球圓盤； (4.2)確定參與擬合的每個邊緣點到亞像素級月球圓盤的距離，如果該距離大于設(shè)定的閾值，則去掉該邊緣點，否則保留該邊緣點；直至所有邊緣點處理完成； (4.3)將保留的所有邊緣點利用最 小二乘法擬合圓盤，得到新的亞像素級月球圓盤，重新執(zhí)行步驟(4.2)，直到所有距離大于設(shè)定閾值的邊緣點都去掉得到高精度的亞像素級月球圓盤。
【文檔編號】G01M11/02GK103792069SQ201410016660
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】滿益云, 李海超, 陳亮 申請人:中國空間技術(shù)研究院