一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法

摘要

本发明公开了一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法，包括如下步骤：(1)获取星点事件流；(2)截取星点事件流获得时间切片；(3)统计时间切片中星点事件簇的个数以及每个星点事件簇中事件点的个数、定位每个星点事件簇的位置；(4)计算每个星点事件簇的质心。该方法利用事件流低延迟、高时间分辨率的特性解决了星敏感器在高动态环境下出现星点拖尾而导致星点质心提取精度下降甚至提取不出星点质心的问题，提取精度可达到亚像素级。

说明书

技术领域

本发明涉及星敏感器星点质心提取的技术领域，尤其涉及一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法。

背景技术

星敏感器是通过观测太空中导航星方位来实现航天器自主姿态测量的核心器件，是航天器上姿态测量精度最高的仪器，具有测量精度高、无漂移、工作自主性好、时间漂移误差小、工作寿命长以及自主捕获跟踪能力强等优点，为卫星、宇宙飞船等航空航天飞行器提供准确的空间方位和基准，在对地遥感、深空探测等航天航空应用中发挥着不可替代的作用，具有巨大的经济与社会效益和极高的战略意义。星点质心提取是星敏感器工作的第一步，所要解决的问题是对拍摄的每一帧星图进行一系列预处理，提高星图信噪比，计算每一帧星图中星点在像平面上的位置坐标。但是受感光探测器成像模式的影响，星敏感器在处于高动态场景时，拍摄的星图中会出现星点拖尾。此外还有外界环境如日、月、地等天体的环境、星空背景、人工天体等的影响，以及星敏感器本身的力学环境和设备自身电磁环境等干扰因素的影响，使得星敏感器像面背景增强，星图成像产生模糊，成像质量下降，从而影响到星敏感器星点质心的提取和星图识别的准确性，甚至会导致星敏感器无法工作。从根源出发改变星敏感器的成像模式可以解决星敏感器在高动态场景下的星点拖尾问题。

事件相机是一种受生物视网膜运行机制启发的视觉传感器。与以固定曝光时间获得完整图像的传统相机相比，事件相机是每个像素异步独立地响应场景中的亮度的对数变化。事件相机具有以下特点：(1)高时间分辨率：事件相机对事件的检测和时间戳具有微秒级的分辨率，可以捕捉到非常快的运动，不会受到像基于帧的相机的运动模糊的影响。(2)低延迟：每个像素独立工作，无需等待帧的全局曝光时间，即一旦检测到变化就将其作为事件传输出去，延迟约为10微秒。(3)低功耗：由于事件相机只传输亮度变化，从而去除了冗余数据，功耗仅用于处理变化的像素，在芯片级上，大多数事件相机使用的功耗约为10mW。(4)高动态范围：事件相机像素的感光器感受光强的对数变化，且每个像素独立工作，而不是等待全局曝光，因此可以适应非常暗和非常亮的场景，其动态范围可达到120dB以上。事件相机的这些独特、优秀的特性可以有效弥补传统星敏感器在高动态场景下的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法。

本发明采用的技术方案如下：一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法，包括如下步骤：

步骤(1)、以角速度w运动事件相机，生成事件流，经过一系列预处理得到星点事件流；所述事件流由事件组成，每个事件包含四个信息，所述四个信息由以下四元组的形式表示：

e＝(t,x,y,p)

其中，e表示一个事件；t表示事件发生的时间戳；x表示产生事件的像素的横坐标；y表示产生事件的像素的纵坐标；p表示事件e为开事件还是闭事件，开事件由1对应表示，闭事件由-1对应表示，其中开事件表示对应像素坐标位置的像素值与前一时刻相比发生了对数程度的增长，闭事件表示对应像素坐标位置的像素值与前一时刻相比发生了对数程度的降低；

步骤(2)、截取星点事件流获得时间切片；

其中，若要计算t

步骤(3)、统计步骤(2)截取的时间切片中星点事件簇的个数以及每个星点事件簇中包含的事件点的个数，并定位出每个星点事件簇的位置；

步骤(4)、计算每个星点事件簇的质心：

其中，x

进一步的，所述步骤(3)的具体过程包括：

a、在步骤(2)截取的事件流中随机选择一个事件点作为中心点，在以该中心点为圆心，R为半径的圆内，计算以中心点为起点到圆内所有事件点的向量，将这些向量相加，再求平均得到偏移向量：

其中，M(X)表示偏移向量；X表示中心点的坐标；S

b、更新中心点：将中心点沿着偏移向量方向移动，移动距离为偏移向量的模，中心点更新为：

X

其中，M

c、重复步骤a和步骤b，直到偏移向量小于一定的阈值φ

d、重复步骤c，直到遍历完时间切片中所有的事件点，定位出所有的星点事件簇，记录星点事件簇的总个数M；

e、遍历M个星点事件簇，计算M个星点事件簇中C

本发明的有益效果主要表现在：针对高动态下基于帧成像模式的星敏感器拍摄的星图会出现星点拖尾问题，本发明提出了一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法。该方法针对事件相机的事件流，以时间切片的形式截取任意时刻t的星点事件流，再通过均值聚类定位出t时刻视场中的星点个数以及星点事件簇的位置，接着计算每个星点事件簇的质心，可在高动态下有效提取出星点质心，且精度可达到亚像素级。

附图说明

图1为本发明一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法具体流程图；

图2为在角速度为13°/s的动态条件下生成初始事件流三维视图；

图3为经过预处理之后得到的星点事件流三维视图；

图4为时间切片示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明一种基于事件相机的高动态星敏感器星点提取方法的具体流程图如图1所示。其包括以下步骤：

步骤(1)、如图2所示，在角速度13°/s的动态条件下生成初始事件流，经过预处理之后得到星点事件流，如图3所示。所述事件流由事件组成，每个事件包含四个信息，所述四个信息由以下四元组的形式表示：

e＝(t,x,y,p)

其中，e表示一个事件；t表示事件发生的时间戳；x表示产生事件的像素的横坐标；y表示产生事件的像素的纵坐标；p表示事件e为开事件还是闭事件，开事件由1对应表示，闭事件由-1对应表示，其中开事件表示对应像素坐标位置的像素值与前一时刻相比发生了对数程度的增长，闭事件表示对应像素坐标位置的像素值与前一时刻相比发生了对数程度的降低；

步骤(2)、截取星点事件流获得时间切片；

本实施例中，要计算t

步骤(3)、统计步骤(2)截取的时间切片中星点事件簇的个数以及每个星点事件簇中包含的事件点的个数，并定位出每个星点事件簇的位置；

所述步骤(3)的具体过程为：

a、在步骤(2)获取的时间切片中随机选择一个事件点e(500.263645898713，199,275)作为中心点,这里不考虑事件的极性，在以中心点为圆心，半径R＝7pixels的圆内，计算以中心点为起点到圆内所有事件点的向量，将这些向量相加，再求平均得到偏移向量：

其中，M(X)表示偏移向量；X表示中心点的坐标；S

b、更新中心点。将中心点沿着偏移向量方向移动，移动距离为偏移向量的模，中心点更新为：

X

其中，M

c、重复步骤a和步骤b，直到偏移向量小于一定的阈值φ

d、重复步骤c，直到遍历完时间切片中所有的事件点，定位出所有的星点事件簇，记录星点事件簇的总个数M；

e、遍历M个星点事件簇，计算M个星点事件簇中C

步骤(4)、计算每个星点事件簇的质心：

其中，x

表1为提取的星点质心坐标

本发明未详述部分属于本技术领域的公知技术。以上所述仅为本发明的具体实例而已，并不用于以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。