一种天文望远镜的自动寻星方法、装置、存储介质及系统与流程

1.本发明涉及天文望远镜，尤其涉及一种天文望远镜的自动寻星方法、装置、存储介质及系统。


背景技术：

2.天文望远镜是观测天体的重要工具，市面上有很多适用于不同目的天文望远镜。但是，目前的天文望远镜都需要具备一定的专业基础的技术性人员进行手动校准后再对目标星体进行定位，实现目标星体观测。而对于一些对天体感兴趣的普通人员来说，设备操作复杂、操作门槛高，较难普及使用。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种天文望远镜的自动寻星方法，其能够解决现有技术中的天文望远镜在对星体进行观测时需要专业性人员进行手动校准、定位的问题。
4.本发明的目的之二在于提供一种天文望远镜的自动寻星装置，其能够解决现有技术中的天文望远镜在对星体进行观测时需要专业性人员进行手动校准、定位的问题。
5.本发明的目的之三在于提供一种存储介质，其能够解决现有技术中的天文望远镜在对星体进行观测时需要专业性人员进行手动校准、定位的问题。
6.本发明的目的之四在于提供一种天文望远镜的自动寻星系统，其能够解决现有技术中的天文望远镜在对星体进行观测时需要专业性人员进行手动校准、定位的问题。
7.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
8.一种天文望远镜的自动寻星方法，所述天文望远镜包括支座以及安装于支座上的主镜、图像识别相机；其中，所述主镜的指向光轴与图像识别相机的指向光轴平行；所述支座内设有电机，所述电机用于驱动支座的部分机构转动以带动主镜与图像识别相机转动，进而改变主镜与图像识别相机的镜头朝向；所述图像识别相机包括光学镜头、图像传感器、控制主板和倾角传感器；所述光学镜头通过图像传感器与控制主板电性连接，用于获取星点图像并将所述星点图像通过图像传感器发送至控制主板；所述倾角传感器与控制主板电性连接，用于获取光学镜头的倾角数据；所述自动寻星方法包括以下步骤：
9.初始步骤：当天文望远镜开机后，获取所述支座的方位数据以及所述倾角传感器的倾角数据计算得出所述光学镜头的朝向信息；
10.获取步骤：获取目标星体的位置信息；
11.寻星步骤：根据所述光学镜头的朝向信息、目标星体的位置信息计算得出所述光学镜头的朝向与目标星体的位置的相对位置；
12.驱动步骤：根据所述光学镜头的朝向与目标星体的位置的相对位置驱动支座内的电机，驱动支座的部分机构进行转动带动所述光学镜头的转动而改变光学镜头的朝向，以使得所述目标星体落入所述图像识别相机的视场范围内，进而落入主镜的视场范围内。
13.进一步地，所述图像识别相机的视场角大于主镜的视场角；所述驱动步骤中目标星体落入所述图像识别相机的视场范围内后，还包括：获取所述光学镜头所拍摄的星点图像并对所述星点图像进行图像处理识别得出目标星体，以及根据识别得出的目标星体确定目标星体与图像识别相机的视场中心的相对位置，并根据目标星体与图像识别相机的视场中心的相对位置驱动支座内的电机，使得支座的部分机构转动进而带动光学镜头的转动而改变光学镜头的朝向，以使得目标星体与图像识别相机的视场中心重合，进而使得目标星体落入主镜的视场范围内。
14.进一步地，所述支座内设有方位传感器，所述方位传感器，用于获取支座的方位数据；所述光学镜头的方位数据、主镜的方位数据均与所述支座的方位数据相同。
15.进一步地，所述支座包括底座和安装架，所述安装架的底部固定于所述底座上，顶部设有所述图像识别相机和主镜；所述底座内设有第一转动机构，所述第一转动机构带动底座绕第一方向做圆周运动；所述安装架内设有第二转动机构，所述第二转动机构的一端设有图像识别相机、另一端设有所述主镜，并且所述图像识别相机与主镜分设于所述安装架的两侧；所述第二转动机构，用于带动所述图像识别相机与主镜绕第二方向做圆周运动；所述第一方向为底座的中心轴的方向；所述第二方向为垂直于主镜的中心轴的方向。
16.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
17.一种天文望远镜的自动寻星装置，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有在处理器上运行的自动寻星程序，所述自动寻星程序为计算机程序，所述处理器执行所述自动寻星程序时实现如本发明的目之一采用的一种天文望远镜的自动寻星方法的步骤。
18.本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
19.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有自动寻星程序，所述自动寻星程序为计算机程序，所述自动寻星程序被处理器执行时实现如本发明的目的之一采用的一种天文望远镜的自动寻星方法的步骤。
20.本发明的目的之四采用如下技术方案实现：
21.一种天文望远镜的自动寻星系统，所述天文望远镜包括支座以及安装于支座上的主镜、图像识别相机；其中，所述主镜的指向光轴与图像识别相机的指向光轴平行；所述支座内设有电机，所述电机用于驱动支座的部分机构转动以带动主镜与图像识别相机转动，进而改变主镜与图像识别相机的镜头朝向；所述自动寻星系统包括主控设备；所述图像识别相机包括光学镜头、图像传感器、控制主板和倾角传感器；所述光学镜头通过图像传感器与控制主板电性连接，用于获取星点图像并将星点图像通过图像传感器发送至控制主板；所述倾角传感器与控制主板电性连接，用于获取光学镜头的倾角数据；
22.所述主控设备与所述控制主板通信连接，用于执行如发明的目的之一采用的一种天文望远镜的自动寻星方法的步骤。
23.进一步地，所述图像识别相机还包括蓝牙模块；所述控制主板通过蓝牙模块与主控设备通信连接。
24.进一步地，所述主控设备为移动设备。
25.进一步地，所述移动设备，还用于获取移动设备的gps数据和数据采集时间，以及根据移动设备的gps数据、数据采集时间、支座的方位数据以及倾角传感器的倾角数据计算得出光学镜头的朝向信息。
26.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
27.本发明首先通过天文望远镜的方位数据、图像识别相机的镜头的倾角数据计算得出天文望远镜的初始姿态，也即镜头的朝向；然后再结合目标星体的位置信息计算得出镜头与目标星体的相对位置，进而驱动电机控制支座转动以带动图像识别相机以及主镜的转动，使得目标星体落入图像识别相机与主镜的视场范围内，实现对目标星体的定位。本发明对于目标星体的定位可自动完成，不需要人工进行任何的定位操作，降低了人工操作难度，同时可快速缩小搜索范围，提高自动识别速度。
附图说明
28.图1为本发明提供的一种天文望远镜的整体结构示意图；
29.图2为本发明提供的一种天文望远镜的自动寻星方法流程图；
30.图3为步骤s4的流程图。
31.图中：1、支座；2、主镜；3、图像识别相机。
具体实施方式
32.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
33.实施例一
34.本发明通过在望远镜内设置传感器以初步获得望远镜的指向信息，然后根据目标星体的位置信息将望远镜的镜头指向目标星体，实现目标星体的定位；同时，还根据与主镜同轴的图像识别相机得到星空中目标星体的星点图像，并结合识别算法计算得出望远镜的精确态势以实时对目标星体进行自动纠正到对应位置，从而实现自动寻星，无需进行手动校准以识别望远镜初始姿态与理论的差异而进行坐标补偿调整，大幅度降低校准时间，同时在跟踪时，还可以按照可控制的时间频率利用星点图像追踪技术进行反馈式闭环控制的精确修正，使得目标星体始终处于主镜的观测范围内。
35.本发明提供了一种优选的实施例，一种天文望远镜的自动寻星系统，如图1所示，天文望远镜包括支座1、主镜2、图像识别相机3。其中，主镜2、图像识别相机3均安装于支座1上，并且主镜2与图像识别相机3的指向光轴平行。主镜2，用于观测目标星体。图像识别相机3，用于寻找目标星体。
36.优选地，支座1围绕b轴进行轴向转动，进而带动安装于支座1上的主镜2、图像识别相机3围绕b轴进行轴向转动。支座1围绕a轴进行轴向转动，进而带动安装于支座1上的主镜2与图像识别相机3围绕a轴进行轴向转动。也即，通过支座1在不同方向上的转动，可带动主镜2与图像识别相机3的转动，以调整主镜2与图像识别相机3的镜头的朝向。更为具体地，本发明是基于现有的天文望远镜的自动寻星，对于天文望远镜的结构上可依据现有的天文望远镜的结构，对于本实施例中指出如何通过电机驱动支座1进行转动，以改变主镜2的镜头朝向是本领域技术人员所熟知的技术，本实施例不作过多介绍。
37.通过驱动支座1的转动，可实现对主镜2与图像识别相机3的镜头的朝向，也即拍摄范围内转动。在实际的应用过程中，由于目标星体未必正好在主镜2与图像识别相机3的镜
头拍摄范围内，因此，可通过支座1的转动来带动主镜2与图像识别相机3的镜头朝向进行改变，以使得目标星体落入主镜2与图像识别相机3的镜头拍摄范围内，以便进一步实现对目标星体的观测以及追踪等。
38.更为具体地，本实施例中的支座1包括底座和安装架。其中，安装架的底部固定于底座上，顶部安装有主镜2与图像识别相机3。
39.具体地，底座内设有第一传动机构，第一传动机构带动底座绕b轴座圆周运动。其中，如图1中b轴是指底座的中心轴。比如，在底座内设置电机，通过电机驱动底座沿着b轴进行圆周运动，可带动安装架做圆周运动，进而带动安装于安装架上的图像识别相机3与主镜2做圆周运动，也即实现对图像识别相机3与主镜2的镜头在水平方向上的朝向。
40.更为具体地，安装架上设有第二传动机构。第二传动机构的一端设有图像识别相机3、另一端设有主镜2，并且图像识别相机3与主镜2分设于安装架的两侧。其中，图像识别相机3与主镜2的光轴平行。第二转动机构，用于带动图像识别相机3与主镜2绕a轴作圆周运动，可实现图像识别相机3与主镜2的镜头的倾角角度的调整。也即，通过上述两种结构，可通过支座1来实现图像识别相机3与主镜2的镜头的朝向的改变，以便后续实现对目标星体的定位与跟踪。对于第一传动机构、第二传动机构可根据实际情况进行改变，并不仅限于本实施例中图示给出的结构。
41.优选地，本实施例中的支座1内设有方位传感器。方位传感器，用于获取支座1的方位数据，也即支座1所在的位置信息。同时，主镜2与图像识别相机3安装于支座1上，因此，方位传感器所获取的支座1所在的位置信息也即是主镜2与图像识别相机3所在的位置信息。优选地，本实施例中对于位置信息可采用赤经赤纬坐标进行表示。在相当长的一个时间内，星体的赤经赤纬坐标一般变化很小，因此，只要得出当前指向的赤经赤纬坐标，就可以根据下一个目标的赤经赤纬坐标计算得出二者的角距离，这样，即可驱动电机带动支座1的转动相应的角距离，就可以使得主镜2与光学镜头对准对应目标。
42.优选地，图像识别相机3包括光学镜头、图像传感器、控制主板、倾角传感器和蓝牙模块。具体地，光学镜头，用于获取星点图像。光学镜头通过图像传感器与控制主板电性连接，用于将星点图像通过图像传感器发送至控制主板。
43.倾角传感器与控制主板电性连接，用于获取光学镜头的倾角数据并将其发送给控制主板。
44.优选地，本实施例还包括主控设备。其中，控制主板通过蓝牙模块与主控设备通信连接，用于将星点图像数据、倾角数据均发送至主控设备，从而使得主控设备进行图像处理、数据计算。
45.更为优选地，本实施例通过图像识别相机3实现对目标星体的定位与追踪，也即，首先通过图像识别相机3对目标星体进行定位，然后再将通过主镜2对目标星体进行观测。
46.优选地，主控设备可以为外部的移动设备，或为其他的控制器设备。主控设备，用于根据方位传感器的方位数据、倾角传感器发送的倾角数据和/或光学镜头的星点图像计算光学镜头的朝向，进而结合目标星体的位置信息将光学镜头朝向目标星体，也即使得目标星体落入图像识别相机3与主镜2的视场范围内，实现目标星体的定位，以便对目标星体进行观测；同时，在观测的过程中，可实时结合光学镜头的星点图像实现对目标星体的定位与追踪。
47.优选地，本实施例以移动设备来说明：
48.首先通过相应的app(application，应用程序)安装到移动设备中，然后在天文望远镜开机后，通过将移动设备与控制主板、方位传感器连接，以自动获取方位传感器的方位数据、倾角传感器的倾角数据。更为具体地，移动设备还通过自身设备的gps获取移动设备的位置信息。
49.然后移动设备根据移动设备的位置信息、方位数据以及倾角数据计算得出天文望远镜的初始姿态信息，也即光学镜头的朝向信息。具体地，可通过星空坐标来表示图像识别相机3的镜头的朝向信息。
50.再由移动设备获取操作者输入的目标星体的数据信息，比如目标星体的位置信息。具体地，操作者可通过移动设备上的app提供的相关页面输入寻星目标的数据信息，比如目标星体的星空坐标、名称等相关数据。
51.则移动设备根据光学镜头的朝向信息与目标星体的数据信息得出光学镜头的朝向与目标星体的位置的相对位置，并根据相对位置生成驱动信号以驱动电机来控制支座1的转动，进而带动光学镜头的转动，使得目标星体落入图像识别相机3的视场范围内。
52.由于光学镜头与主镜2的光轴为同轴设置的，因此，此时目标星体也会落入主镜2的视场范围内，此时操作者即可通过主镜2实现对目标星体的观测。
53.更优选地，由于传感器的精度的问题，本实施例中将图像识别相机3的视场角大于主镜2的视场角。此时，当目标星体在落入图像识别相机3的视场范围时，并不一定落入主镜2的视场范围内。
54.具体地，当目标星体落入图像识别相机3的视场范围内后：移动设备，首先实时通过控制主板获取光学镜头的星点图像，并对星点图像进行图像处理识别得出目标星体，然后识别得出目标星体确定目标星体与图像识别相机3的视场中心的相对位置，以及根据该相对位置生成驱动信号通过电机驱动支座1的转动，以使得目标星体位于图像识别相机3的视场中心。由于主镜2与光学镜头同轴设计，因此，当目标星体与图像识别相机3的视场中心重合时，目标星体必然会落入主镜2的视场范围内，实现目标星体的定位。此时，操作者即可通过主镜2实现对目标星体的观测。
55.更为优选地，由于目标星体与天文望远镜的距离很远，目标星体在星点图像中即可看成一个点，因此，可通过图像处理技术对星点图像进行识别得出目标星体在星点图像中的位置，以此来计算得出目标星体与图像识别相机3的视场中心的相对距离。比如本实施例在图像识别算法时，根据相机的焦距和目标星体的星点图像计算得出目标星体角相对位置与数据库中心点数据进行对比，从而识别得出星点图像中的目标星体。
56.由于本实施例首先通过方位传感器、倾角传感器以及移动设备的位置信息来获取天文望远镜的地理位置以及光学镜头的朝向等，可快速缩小搜索的范围，大大提高自动识别速度。
57.当目标星体确定后，移动设备根据目标星体的移动来驱动支座1的转动，以实现对目标星体的追踪。具体地，移动设备通过实时获取光学图像的星点图像，以判断目标星体相对于图像识别相机3的视场中心的偏移，来驱动支座1的转动，以使得目标星体时刻在图像识别相机3的视场中心，也即使得目标星体时刻处于主镜2的视场中心，实现对目标星体的追踪。
58.比如，由于机械误差，一段时间后目标星体可能会偏离主镜2中心，因此，通过移动设备获取图像识别相机3的光学镜头所拍摄的星点图像来对主镜2的朝向进行精确调整。同理，也可通过限制目标星体相对于图像识别相机3的视场中心的偏移距离，一旦检测到目标星体相对于图像识别相机3的视场中心的偏移距离接近限制的偏移距离时，则可通过驱动支座1的电机实现对光学镜头的朝向进行修正，也即对主镜2的朝向进行修正，使目标始终处在限定的范围内。本实施例在对目标星体进行定位后，通过实时获取图像识别相机3的星点图像来进行反馈式闭环控制驱动支座1的转动，实现对目标星体的追踪，使得目标星体始终处于主镜2的视场范围内。
59.实施例二
60.本发明提供另一实施例，一种天文望远镜的自动寻星方法，应用于如前所述的天文望远镜的自动寻星系统，如图2所示，该方法具体包括以下步骤：
61.步骤s1、当天文望远镜开机后，获取支座的方位数据以及倾角传感器的倾角数据计算得出光学镜头的朝向信息。
62.其中，支座的方位数据可通过在支座内设置方位传感器获取。其中，这里的方位数据可通过相对坐标系的坐标值来表示，也可以通过经纬坐标来表示，具体可根据实际的情况进行选择。
63.倾角数据是指图像识别相机的光学镜头的倾角。
64.步骤s2、获取目标星体的位置信息。
65.步骤s3、根据光学镜头的朝向信息、目标星体的位置信息计算得出光学镜头的朝向与目标星体的位置的相对位置。
66.步骤s4、根据光学镜头的朝向与目标星体的位置的相对位置驱动支座内的电机，使得支座的部分机构转动带动光学镜头的转动以改变光学镜头的朝向，以使得目标星体落入图像识别相机的视场范围内，进而落入主镜的视场范围内。其中，第一方向是指图1中b轴的方向，也即底座的中心轴的方向。第二方向为图1中a轴的方向，也即与光学镜头的中心轴垂直的方向。
67.优选地，支座绕b轴作圆周运动，可改变光学镜头的镜头在水平方向上的朝向。支座绕a轴转动，可改变光学镜头的镜头倾角。也即，通过支座的转动带动光学镜头的朝向信息进行改变，以使得光学镜头朝向目标星体，也即使得目标星体落入图像识别相机的视场范围以及主镜的视场范围内，被光学镜头拍摄以及主镜观测。
68.更为优选地，步骤s4中将目标星体落入图像识别相机的视场范围内后，由于图像识别相机的视场角大于主镜的视场角，也即，目标星体落入图像识别相机的视场范围内时，目标星体未必落入主镜的视场范围内，因此，如图3所示，步骤s4还包括：
69.步骤s41、获取光学镜头所拍摄的星点图像并对星点图像进行图像处理识别得出目标星体。
70.步骤s42、根据识别得出的目标星体确定目标星体与图像识别相机的视场中心的相对位置。
71.步骤s43、根据目标星体与图像识别相机的视场中心的相对位置驱动支座内的电机，使得支座的部分机构转动带动光学镜头的转动以改变光学镜头的朝向，以使得目标星体与图像识别相机的视场中心重合，进而使得目标星体落入主镜的视场范围内。
72.通过将图像识别相机的视场角设置大于主镜的视场角时，可使得图像识别相机的光学镜头的拍摄范围更大，可快速实现对目标星体的定位。
73.同时，由于图像识别相机的视场角大于主镜的视场角，当目标星体落入到图像识别相机的视场范围内时，并未落入主镜的视场范围内，因此，可通过光学镜头拍摄的星点图像将目标星体位于图像识别相机的视场中心。由于主镜与图像识别相机的光轴平行，因此，目标星体必会落入主镜的视场范围。
74.优选地，在目标星体观测的过程中，由于机械误差或目标星体的移动等，可能导致目标星体偏移图像识别相机的视场中心。本实施例通过实时获取图像识别相机发送的星点图像，并根据星点图像判断目标星体是否偏离图像识别相机的视场中心或限定范围；若是，则可根据星点图像中的目标星体与图像识别相机的视场中心的相对距离驱动电机控制支座转动，以带动图像识别相机的转动，进而使得目标星体始终处于图像识别相机的视场中心或处于限定范围内，实现对目标星体的追踪。
75.实施例三
76.本发明还提供了一种天文望远镜的自动寻星装置，包括存储器和处理器，存储器上存储有可在处理器上运行的自动寻星程序，所述自动寻星程序为计算机程序，处理器执行所述自动寻星程序时实现如实施例二提供的一种天文望远镜的自动寻星方法的步骤。
77.实施例四
78.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有自动寻星程序，所述自动寻星程序为计算机程序，所述自动寻星程序被处理器执行时实现如实施例二提供的一种天文望远镜的自动寻星方法的步骤。
79.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。