基于单片fpga的星提取星识别图像处理ip核研究

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1、第27卷哈尔滨师范大学自然科学学报第1期NATURALSCIENCESJOURNALOFHARBINNORMALUNIVERSITY基于单片FPGA的星提取星识别图像处理IP核研究术盛琳阳，周国辉，崔元全，赵巍，赵国生，李丽萍(哈尔滨师范大学)【摘要】给出了一种星敏感器星提取和星识别算法的并行处理方案，设计了在一片FPGA芯片上实现星点提取和星识别功能的IP核．该IP核有利于提高星敏感器星图处理的数据更新率及可靠性，降低系统功耗，缩小系统体积．关键词：FPGA；IP核；星敏感器1星提取和星识别的算法及并行处0引

2、言理方案星敏感器是天文导航系统的主要设备，是一1．1星提取及星识别的并行处理方案种高精度、高可靠性的姿态测量部件．星点提取星提取和星识别具有高度的并行性．实现和星识别是其关键的技术¨j．近年来在星提取星提取和星识别的高速图像处理IP核的关键技和星识别算法效率方面有了长足的进步，但是在术之一是要实现各个图像处理模块的高度并行算法设计和实现上却存在着忽视星提取和星识机制．在分析星敏感器图像处理流程的基础上，别的内在联系，对这两个部分的并行处理机制的给出如图1所示的并行处理方案．研究不够深入的问题．由于应用领域的限制

3、，在图像的数据流以一定的时序依次传输星点星提取和星识别的硬件实现方面具有一定的不的图像数据，包括数据有效期和消隐期．并行处足，落后于当前高速发展的、已经成熟了的电子理方案的基本原理是：在图像数据开始有效时启技术．星点提取和星识别尽管经过了几十年的发动图像统计特性流水线以确定图像分割的阈值；展，却没有形成一个具有普适性的IP核．这构成同时启动图像分割流水线，分割出星图中的星了星敏感器数据更新率的提升和星敏感器技术点；分割流水线启动后，要启动星点定位流水线进一步发展的瓶颈．确定星点坐标并计算星点的能量；当确定出三个

4、该文对星提取和星识别的并行处理机制作星点以后启动星识别流水线进行星匹配，并进而了研究，采用XilinxVirtex一5系列的FPGA作为计算星像坐标和天球坐标获取该时刻的三轴姿验证平台，设计了在一块芯片上实现星点提取和态数据．星识别图像处理的IP核，将星图量化、微处理1．2星提取算法器、识别算法等集成在一块芯片上，从而提高星星提取的关键问题是阈值分割和星点定位图处理的数据更新率、提高系统的可靠性、降低算法．系统功耗、缩小系统体积．收稿日期：2010—10—31黑龙江省教育厅科学技术研究项目资助(11541104

5、)38哈尔滨师范大学自然科学学报2011年第27卷图像数据流--图像统计特性流水线统计暴瞿背景ll鬻謇lI统计晷瞿背景lI蔼鑫～旺雯圈臣旺星识姿图1IP核的并行处理方案星图阈值的确定对星提取的准确性至关重应用最广泛的三角形算法，算法流程如下J：要，直接影响到后续的星识别工作．这里采用自(1)根据星点探测亮度，从观测星图中选取动(自适应)阈值法作为实际图像阈值的确定方亮度最大的m颗恒星，作为待识别星组．法，其数学表达式为：(2)如果3颗恒星不在同一条直线上，则这=E+·』B(1)3颗恒星可以组成一个星三角形．按照

6、这一规则，式中为图像的均值，为图像的方差，是将待识别星组中所有的观测星三角形提取出来，一个与噪声有关的系数，这里取5．并分别予以标识．则至多存在c个待识别星三为利于并行处理，阈值采用相邻的上一幅星角形．图的统计阈值．．(3)取其中一个星三角形，计算其三个边长星点定位算法采用质心法．设一颗恒星图像edge一星角距；(4)在导航星表中搜索与三个星对角距误分布在一个矩形窗口内，包含目标的图像表示为差在±范围内的导航星对Stars．窗口左上角像元坐标为(1，1)，右下角像元(5)在Stars中搜索与星图中的导航星对星坐

7、标为(m，n)，阈值化过程表述如下：等差值在设定的误差门限±．出内的导航星对E=：{。Ay——Axy≤>Vth；c2NewStars．(6)判定NewStars中是否包含唯一的导航质心法实际上就是计算二值化后图像的一星三角形；若包含则认为该次匹配成功，输出顶阶矩，即点恒星信息；否则该次匹配失败，转至步骤(7)．∑∑E(7)判定星图中所有三角形是否完成匹配：=}(3)若已经全部完成则继续下一步；否则转至步骤∑∑E，(3)．(8)检查星图识别记录，若不为空，则星图∑∑E识别完成，进入姿态求解运算；否则，认为该次星Y

8、=(4)图识别过程失败．∑∑E，在此基础上，在导航星的选取、星座数据库其中，A是像元灰度值，和Y是星点信号的构造和算法等方面参考了文献[6]对三角形矩心横纵坐标，单位为像元，(，Y)代表了星点算法进行了改进，使数据库容量、实时性及识别信号的定位位置．成功率等都得到进一步改善．1．3星识别算法星识别算法的优劣和并行程度的高低关乎2IP核实现方案到数据更新率和三轴姿态的精度．笔者选择当前设