一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法。该方法包括：选取全天空图像中的目标星点，并确定目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻目标星点的真实方位角和真实天顶角；基于真实方位角、全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数，并根据误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位；根据星点位置坐标和真实天顶位置确定目标星点的成像半径，并根据真实天顶角和成像半径拟合得到全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。本发明专利技术实施例的技术方案，以实现不受地域局限快速准确对全天空成像仪进行几何定标，全天空成像仪几何定标更加灵活。全天空成像仪几何定标更加灵活。全天空成像仪几何定标更加灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法


[0001]本专利技术实施例涉及几何定标
，尤其涉及一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法。

技术介绍

[0002]全天空成像仪是一种重要的地基空间环境光学观测设备，准确的“物像”光学几何对应关系是获取极光结构的实际尺度大小、确定全天空极光图像到地理、地磁坐标系投影变换以及实现全天空成像仪与卫星联合观测的基础，这对于研究相关的空间物理过程和机制是极其重要的。
[0003]传统的全天空极光成像仪几何定标方法需要在实验室条件下，需要借助专门的定标设备，通过旋转全天空相机对特定的标志物进行拍照，拟合得到成像半径与天顶角之间关系，上述几何定标方法不能确定全天空图像中天顶的像素点位置以及地理方位信息。此外，在全天空成像仪的实际使用过程中，由于成像固件(CCD等)、光路镜头更新、设备维修，全天空成像仪的“物像”关系均会发生变化，对于安装在野外观测站点(比如南北极地区)的全天空极光成像仪而言，采用实验室重新定标是一件非常困难的事情。另一方面，已有的基于星点的全天空极光成像仪几何定标方法中，需要手动解算天顶在全天空图像中的位置，过程复杂，利用单颗星点确定地理方位信息，存在偶然误差，拟合成像半径与天顶角的关系时所使用的星点数量较少，难以保证较高的精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法，以实现不受地域局限快速准确对全天空成像仪进行几何定标，全天空成像仪几何定标更加灵活。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法，该几何定标方法包括：
[0006]选取全天空图像中的目标星点，并确定所述目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻所述目标星点的真实方位角和真实天顶角；
[0007]基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数，并根据所述误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位；
[0008]根据所述星点位置坐标和所述真实天顶位置确定所述目标星点的成像半径，并根据所述真实天顶角和所述成像半径拟合得到所述全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。
[0009]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标装置，该几何定标装置包括：
[0010]真实数据确定模块，用于选取全天空图像中的目标星点，并确定所述目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻所述目标星点
的真实方位角和真实天顶角；
[0011]误差函数构建模块，用于基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数；
[0012]几何定标确定模块，用于根据所述误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位，并根据所述星点位置坐标和所述真实天顶位置确定所述目标星点的成像半径，并根据所述真实天顶角和所述成像半径拟合得到所述全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。
[0013]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种全天空成像仪，该全天空成像仪包括：
[0014]一个或多个处理器；
[0015]存储装置，用于存储多个程序，
[0016]当所述多个程序中的至少一个被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现本专利技术第一方面实施例所提供的基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法。
[0017]第四方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本专利技术第一方面实施例所提供的基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法。
[0018]本专利技术实施例的技术方案，通过选取全天空图像中的目标星点，并确定所述目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻所述目标星点的真实方位角和真实天顶角；基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数，并根据所述误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位；根据所述星点位置坐标和所述真实天顶位置确定所述目标星点的成像半径，并根据所述真实天顶角和所述成像半径拟合得到所述全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。解决了现有技术中安装在野外观测站点的全天空成像仪采用实验室重新定标困难且过程复杂精度差的问题，以实现不受地域局限快速准确对全天空成像仪进行几何定标，全天空成像仪几何定标更加灵活。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例一提供的一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法的流程图；
[0020]图2A是本专利技术实施例二提供的一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法的流程图；
[0021]图2B是本专利技术实施例提供的示例性的全天空图像以及黄河站处与全天空图像拍摄时间相对应的星空图的示意图；
[0022]图2C是本专利技术实施例提供的目标星点的星点误差项确定原理示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例三提供的一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标装置的结构图；
[0024]图4是本专利技术实施例四提供的一种全天空成像仪的硬件结构示意图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。
[0026]另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
[0027]实施例一
[0028]图1为本专利技术实施例一提供的一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法的流程图，本实施例可适用于对任意地点的全天空成像仪进行快速而准确的几何定标的情况，该方法可以由基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的形式实现。具体包括如下步骤：
[0029]S110、选取全天空图像中的目标星点，并确定所述目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻所述目标星点的真实方位角和真实天顶角。
[0030]其中，通过全天空成像仪获取一组全天空图像，一组全天空图像包括一张、两张或多张全天空图像，具体选取的全天空图像的数量可以由本领域技术人员根据实际几何定标需求进行选择设置，本实施例对此不作任何限制。
[0031]进一步的，全天空图像中星点清晰，即选取多张星点清晰的全天空图像，以便于根据选取的全天空图像确定目标星点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于梯度下降法的全天空成像仪的几何定标方法，其特征在于，包括：选取全天空图像中的目标星点，并确定所述目标星点在全天空图像坐标系下的星点位置坐标以及在极光观测站处全天空图像时刻所述目标星点的真实方位角和真实天顶角；基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数，并根据所述误差函数确定真实天顶位置和真实地理方位；根据所述星点位置坐标和所述真实天顶位置确定所述目标星点的成像半径，并根据所述真实天顶角和所述成像半径拟合得到所述全天空图像中成像半径与真实天顶角之间的关系。2.根据权利要求1所述的几何定标方法，其特征在于，选取全天空图像中的目标星点，包括：选取多张全天空图像，并将标记出的每张全天空图像中的星点作为所述目标星点。3.根据权利要求1所述的几何定标方法，其特征在于，基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位构建误差函数，包括：基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位计算所述目标星点的星点误差项；根据所述星点误差项确定所述误差函数。4.根据权利要求3所述的几何定标方法，其特征在于，基于所述真实方位角、所述全天空图像中的天顶位置和地理方位计算所述目标星点的星点误差项，包括：按照公式：计算得到所述目标星点的星点误差项；其中，error
i
为第i个目标星点的星点误差项；∠S
i
ZN中S
i
为第i个目标星点、Z为天顶、ZN为天顶Z指向正北方向的射线；Az
i
为第i个目标星点的所述真实方位角。5.根据权利要求3所述的几何定标方法，其特征在于，根据所述星点误差项确定误差函数，包括：按照公式：构建所述误差函数；其中，error为误差函数；error
i
为第i个目标星点的星点误差项；m为目标星...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽骏，李国君，黄德宏，韩冰，李斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：