一种星图识别的星体图像高精度内插算法.pdf

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1、2005年5月北京航空航天大学学报May2005第31卷第5期JournaIofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVoI.31No.5一种星图识别的星体图像高精度内插算法王广君房建成（北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100083）摘要：介绍了一种从星敏感器成像中高精度提取恒星位置和星等的方法.这种方法把星光成像看成是高斯点扩散函数模型，利用线性内插和最小二乘法方法，拟合得到高斯曲面参数.从高斯曲面模型中得到亚像素级的恒星位置和恒星星等.理论研究表明，曲面拟合法提取的星体位置精度高于传统的质心法.由于直接进行高斯曲面拟合计算非

2、常复杂，为了简化计算，利用了星体成像点附近!，"方向的非线性插值方法，分别得到不同的曲面系数.仿真结果显示，在信噪比小于0.05时，定位精度小于1/20像素，星等误差小于5%.关键词：星等；最小二乘法；星敏感器；星图识别；插值中图分类号：V448.22文献标识码：A文章编号：1001-596（52005）05-0566-04HighprecisioninterpolationalgorithmforstarpatternWangGuangjunFangJiancheng（SchooIofInstrumentScienceandOpto-eIectronicsEngineering，Beiji

3、ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100083，China）Abstract：Toextractthestarpositionandstarmagnitude，anewaIgorithmwasdeveIoped.TheaIgorithmre-gardsthestarimagingpatternasGausspointspreadfunctionmodeI.ThecoefficientofGausscurvedfacefunctionwasgettedusingthecombinationofIinearityinterpoIati

4、onmethodandIeastsguaresmethod.FromtheGausscurvedfacefunction，thesub-pixeIpositionofstaranditsstarmagnitudewereobtained.TheoreticaIresearchindicatesthattheextractedprecisionusingGausscurvedmethodishigherthanusingtraditionaIcentroidmethod.ThecaIcuIationofthedirectGausscurvedinterpoIationisverycompIex

5、，forreducingcaIcuIation，the!，"directionnonIinearin-terpoIationmethodwasusedinimagingpointadjacent，andthedifferentcoefficientsofGausscurvedwasgettedin-dividuaIIy.ThesimuIativecaIcuIationresuItsshowthattheIocatingprecisionIessthan1/20pixeIanderrorofstarmagnitudeIessthan5%whenthesignaI-to-noiseratiois

6、0.05.Keywords：starmagnitude；Ieastsguaresmethods；starsensor；starpatternrecognition；interpoIation在基于星敏感器的航天器自主导航以及航天难.考虑到由于透镜的散射作用，恒星在星敏感器器姿态测量与控制中，星图识别是关键技术之中成像结果应该是一个以恒星位置为中心的斑［1，2］一.星图的高精度定位是星图识别的关键技点，也就是图像中相邻像素中都有一定的灰度分术.由于星敏感器的精度限制，从星敏感器得到的布.由于恒星是一种点光源，一般情况下斑点的亮图像中，很难得到高精度的恒星位置.设星敏感器度都是用点扩散函数表示，

7、分布近似可以看作是视场角为10X10，星敏感器的分辨率为1024X一个高斯曲面，并且灰度值随着离中心位置的距1024，则星敏感器的角分辨率近似为36*，即提取离增加而很快的降低.从图像灰度分布中得到亚的恒星位置误差最大值为36*.显然，这么大误差像素级的星体位置的方法通常有质心法、带阈值给星图的可靠识别和航天器的精确定位带来困的质心法、平方加权质心法和高斯曲面拟合法收稿日期：2003-12-15基金项目：国家