專利名稱：：紫外月球敏感器自主積分時間調節方法
技術領域：
：本發明涉及一種紫外月球敏感器成像的自主積分時間調節方法，屬光學成像姿態敏感器領域。技術背景隨著成像探測器件以及處理器技術的快速進步，航天器姿態敏感器逐漸由單元掃描式向成像式發展，紫外月球敏感器就是一種有別于傳統地平儀的大視場成像式姿態敏感器是我國第一個大視場擴展目標成像的敏感器。他利用面陣CCD對月球成像，處理的對象是屬于具有形狀特征的擴展目標，成像質量的好壞對后續信息處理影響很大。月球成像屬于反照太陽光，太陽入射角度的差異、不同地形(月海、月陸等)反照率差異使得一個軌道周期內月球成像亮度變化達到數十倍，若地面設定則需要頻繁干預，這不現實。紫外月球敏感器光圈固定，由此為保證成像質量敏感器具備自主積分時間調節能力。目前，在軌的空間成像敏感器或者空間相機通常由地面進行積分時間的設定。中國專利號200310124752.0,"線陣CCD光積分時間自適應控制方法及裝置"中介紹了線陣CCD光幾分自適應控制方法。該方法中沒有亮度分析、等級劃分等，并且線陣CCD無法直接獲得二維圖像。光電工程[J],2001年第1期，"一種數字測圖中的自動曝光控制技術"主要針對航空測量數碼相機，利用地面標定的景物亮度與光圏曲線進行自動光圈調節技術。該技術調節對象為相機光圈，并且也未涉及圖像分級與分析問題。美國專利US5319969，名稱"Methodfordetermining3-axisspacecraftattitude"中介紹了一種利用紫外譜段姿態敏感器的三軸姿態確定方法，其中未涉及自主積分時間調節。
發明內容本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，該方法在軌實時將圖像分成五個等級通過自主調節成像積分時間解決了紫外月球敏感器對月球的高質量成像問題。本發明的技術解決方案是紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，包括下列步驟(1)對紫外月球敏感器拍攝的整幅圖像進行亮度分析，計算圖像中灰度值高于亮像素閾值的像素比例，判斷計算的比例與預先設置的亮比例閾值大小，若比例值大于預先設置的亮比例閾值，則認為圖像"超亮"，積分時間檔減小1，否則轉步驟(2);(2)計算步驟(1)中拍攝的整幅圖像中灰度值低于暗像素閾值的像素比例，判斷所述比例與預先設置的暗比例閾值的大小，若所述比例大于暗比例閾值，則認為圖像"超暗"，積分時間檔增加1，否則轉步驟(3);(3)以拍攝的圖像內的月球目標區域作為對象，進行平均灰度統計，判斷所述的平均灰度與正常灰度閾值區間的關系，若統計的平均灰度在閾值區間內，則認為圖像處于"正常亮度"狀態，積分時間檔不變，若統計的平均灰度高于閾值區間，則認為圖像"過亮"，積分時間檔減小1，若統計的平均灰度低于閾值區間，則認為圖像"過暗"，積分時間檔增加1;(4)將調整后的積分時間檔作為下次成^f象的積分時間。所述步驟(1)中的對紫外月球敏感器拍攝的整幅圖像進行亮度分析采用離散采集圖像點并進行統計方法。所述步驟(1)中的亮像素閾值設計根據地面實驗中的最亮值進行預設，一般不小于最亮值的95%。所述步驟(1)中的亮比例閾值為目標最小面積與整幅圖像的比例。所述步驟(2)中的暗像素閾值等于地面實驗中的最大背景灰度值。所述步驟(2)中的暗比例閾值一般大于95%。所述步驟(3)中的正常亮度閾值區間[T1，T2]計算公式為T1=C*(1-K)T2=C*(1+K)其中，C為灰度等級的中心值；K取值范圍為1/2~2/3。本發明與現有技術相比有益效果為(1)本發明將紫外月球敏感器拍攝的圖像分成超亮、過亮、正常、過暗和超暗五各等級，通過實時整圖分析、目標分析兩種方式進行亮度等級計算，按照等級實時調節積分時間，解決了在軌實時自主調節成像積分時間解決紫外月球敏感器對月球的成像問題。(2)本發明超亮級別設計可以避免由于目標亮度飽和產生的溢出，使得平均灰度值降低，產生正常亮度的錯判的情況。(3)本發明超暗級別設計可以避免由于目標灰度過低產生圖像中無目標的錯判。圖1為本發明方法流程圖；圖2為本發明實施例1超亮例圖；圖3為本發明實施例1調整后正常圖像；圖4為本發明實施例2超暗例圖；圖5為本發明實施例3過亮例圖；圖6為本發明實施例4過暗例圖。具體實施方式本發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"WideFieldofViewSensorwithdiffractiveOpticalCorrector"中公開的一種利用紫外譜段的三軸姿態敏感器。還可以采用美國專利US5319969名-爾"Methodfordetermining3國axisspacecraftattitude"中^>開的一種利用紫外譜段的三軸姿態敏感器。如圖1所示，為本發明方法流程圖，具體實施步驟如下(1)對紫外月球敏感器拍攝的整幅圖像進行亮度分析，計算圖像中灰度值高于亮像素閾值"的像素比例rh，判斷計算的比例與預先設置的亮比例閾值Trh大小，若比例值大于預先設置的亮比例閾值，則認為圖像"超亮"，積分時間檔號減小1檔lnte_Time=Inte—Time-1;式中Inte—Time代表敏感器積分時間檔號，否則轉步驟(2);上面所述的對紫外月球敏感器拍攝的整幅圖像進行亮度分析以整幅圖像作為對象，平均離散的采集圖像點并進行統計。圖像中灰度值高于亮像素閾值A的像素比例「h的計算公式為(Gh根據地面實驗中的最亮值進行預設，一般不小于最亮值的95%)r，^w應上式a^為亮度高于^的像素數量，^臓為圖像像素總量；若^〉:^,則認為圖像超亮，4為亮比例閾值，大小為成像目標最小面積與整幅圖像的比例。(2)計算步驟(1)中拍攝的整幅圖像中灰度值低于暗像素閾值G,的像素比例n,判斷所述比例與預先設置的暗比例闊值Tn的大小，若所述比例n大于暗比例閾值Tri，則認為圖像"超暗"，積分時間檔號升高1檔Inte—Time=Inte—Time+1，否則轉步驟(3);其中，《為暗像素閾值等于地面實驗中的最大背景灰度值，比例n的計算公式如下。=~^上式iV,為亮度低于G,的像素數量，^騰為像素總量。若。>7;,則認為圖像超暗，7;,可選擇95%。(3)以拍攝的圖像內的月球目標區域作為對象，進行平均灰度統計，判斷所述的平均灰度與正常灰度闞值區間的關系，若統計的平均灰度在閾值區間內，則認為圖像處于"正常亮度，，狀態，積分時間檔號不變lnte—Time=lnte一Time,若統計的平均灰度高于閾值區間，則認為圖像"過亮"，積分時間檔號減小1檔Inte—Time=Inte一Time-1;若統計的平均灰度低于閾值區間，則認為圖像"過暗"，積分時間檔號升高1檔Inte—Time=Inte—Time+1;平均灰度計算公式為&為求解得到的目標區域平均亮度，池為目標區域像素數量，^所統計像素點的灰度；當^e[riT2]認為處于正常亮度，正常亮度閾值區間計算公式為T1=C*(1-K)T2=C*(1+K)其中，C為灰度等級的中心值；K取值范圍為1/2~2/3。對于8位圖像而言，k取1/2得到丁1=64,T2=192;當&>72認為圖像過亮；當&<21認為圖#^過暗；(4)紫外月球敏感器中的數字處理器將調節后的積分時間數字量寫入頭部CCD控制指令值，則下次成像中積分時間得到了調整，積分時間調整的電路實現部分可參見文章"紫外CCD敏感器頭部電路系統的研究"，空間科學學報2006Vol.26No.2。實施例1:按照上面所述的步驟對紫外月球敏感器積分時間自主進行調整，其中積分時間檔號設計可以如下表1所示<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>其中亮像素閾值<^取250，亮比例閾值按照月球在標稱軌道下出現娥眉月時所占整幅圖像像素比例確定，4取5%,對圖2計算亮比例闊值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>由于^>4，則得到圖2亮度級別為"超亮"，需要降低積分時間。經兩次調節后，圖像正常如圖3所示。實施例2:按照上面所述的步驟對紫外月球敏感器積分時間自主進行調整，其中積分時間檔號設計如表1所示。暗像素閾值G,取10,暗比例7;,取95%,對圖4計算暗比例閾值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>由于。>7;,則得到本圖亮度級別為"超暗"，需要提高積分時間，經4次積分時間調節后圖像正常。實施例3:按照上面所述的步驟對紫外月球敏感器積分時間自主進^f亍調整，其中積分時間檔號設計表1所示。選擇正常亮度閾值區間T1=64，T2=192，對圖5進行目標分割后計算月球的平均灰度^=231,大于T2則圖5亮度級別為"過亮"，經一次積分時間降低后亮度正常。實施例4:按照上面所述的步驟對紫外月球敏感器積分時間自主進行調整，其中積分時間檔號設計如表1所示。選擇正常亮度閾值區間T1=64,T2=192,對圖6進行目標分割后計算月球的平均灰度^=46.2,平均灰度小于T1則圖6亮度級別為"過暗"，經一次積分時間升高后亮度正常。本發明思想與方法可以推廣應用于其它空間^:感器的積分時間調節上，只要利用本發明的思想實現的方法都落入本發明的保護范圍，本發明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。權利要求1、紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，其特征在于包括下列步驟(1)對紫外月球敏感器拍攝的整幅圖像進行亮度分析，計算圖像中灰度值高于亮像素閾值的像素比例，判斷計算的比例與預先設置的亮比例閾值大小，若比例值大于預先設置的亮比例閾值，則認為圖像“超亮”，積分時間檔減1，否則轉步驟(2)；(2)計算步驟(1)中拍攝的整幅圖像中灰度值低于暗像素閾值的像素比例，判斷所述比例與預先設置的暗比例閾值的大小，若所述比例大于暗比例閾值，則認為圖像“超暗”，積分時間檔加1，否則轉步驟(3)；(3)以拍攝的圖像內的月球目標區域作為對象，進行平均灰度統計，判斷所述的平均灰度與正常灰度閾值區間的關系，若統計的平均灰度在閾值區間內，則認為圖像處于“正常亮度”狀態，積分時間檔不變，若統計的平均灰度高于閾值區間，則認為圖像“過亮”，積分時間檔減1，若統計的平均灰度低于閾值區間，則認為圖像“過暗”，積分時間檔加1；(4)將調整后的積分時間檔作為下次成像的積分時間。2、根據權利要求1所述的紫外月球壽文感器自主積分時間調節方法，其特征在于所述步驟(1)中的對紫外月球敏感器拍攝的整幅圖像進行亮度分析采用離散采集圖像點并進行統計方法。3、根據權利要求1所述的紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，其特征在于所述步驟(1)中的亮像素閾值設計根據地面實驗中的最亮值進行預設，一般不小于最亮值的95%。4、根據權利要求1所述的紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，其特征在于所述步驟(1)中的亮比例閾值為目標最小面積與整幅圖像的比例。5、根據權利要求1所述的紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，其特征在于所述步驟(2)中的暗像素閾值等于地面實驗中的最大背景灰度值。6、根據權利要求1所述的紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，其特征在于所述步驟(2)中的暗比例閾值一般大于95%。7、根據權利要求1所述的紫外月球^:感器自主積分時間調節方法，其特征在于所述步驟(3)中的正常亮度閾值區間[G1，G2]計算公式為G1=C*(1-K)G2=C*(1+K)其中，C為灰度等級的中心值；K取值范圍為1/2~2/3。全文摘要紫外月球敏感器自主積分時間調節方法，(1)計算紫外月球敏感器拍攝的圖像中灰度值高于亮像素閾值的像素比例，若計算比例大于亮比例閾值，則圖像“超亮”轉(4)，否則計算拍攝的整幅圖像中灰度值低于暗像素閾值的像素比例，若所述比例大于暗比例閾值，則圖像“超暗”轉(5)，否則以拍攝的圖像內的月球目標區域作為對象，進行平均灰度統計，若統計的平均灰度在閾值區間內，則圖像處于“正常亮度”狀態，轉(6)，若平均灰度高于閾值區間，則圖像“過亮”轉(4)，若平均灰度低于閾值區間，則圖像“過暗”轉(5)；(4)積分時間檔減1；(5)積分時間檔加1；(6)積分時間檔不變；(7)將調整后的積分時間檔作為下次成像的積分時間。文檔編號G06T1/00GK101231169SQ200810057348公開日2008年7月30日申請日期2008年1月31日優先權日2008年1月31日發明者立王,龔德鑄申請人:北京控制工程研究所