多步长最小能量差法恒星亚像素质心计算

恒星质心的确定对天文导航起着至关重要的作用,白天拍摄的近红外恒星图像,由于极强的天空背景,信噪比极低,恒星目标基本被淹没在背景中,给质心定位带来极大的麻烦。传统的一阶矩法、加权质心法计算简单但是误差较大,尤其在低信噪比条件下。高斯曲面拟合法虽然定位精度较高,但计算复杂。分析恒星成像时能量的分布,提出基于多步长最小能量差的质心定位方法,该方法使用线性叠加缩小质心区域,利用恒星能量分布的对称性,基于试探性质心寻找,求取能量差值的最小值进行质心位置计算,并采用模拟星图验证比较,实验表明,该方法定位精度可达0.001 pixel,对低信噪比条件下的质心计算具有较好的效果。     

一种基于点对构造与星等差的近红外星图匹配识别算法

传统的三角形星图识别算法冗余匹配多,对噪声鲁棒性差,为此,为了提升获取恒星质心位置精度,提出了一种基于恒星星等差和点对距离的恒星星图匹配方法,完成了星空图像中恒星的识别与匹配。实验结果表明,获得的恒星质心位置具有较高的精度,在实际拍摄近红外星空图像恒星目标的匹配与识别过程中具有较好的应用前景。     

基于最大后验估计的动态星图目标提取方法

深空探测时,由于星敏感器受到多种复合运动影响,使拍摄星图存在严重运动模糊,信噪比低。采用Sureshrink小波方法去噪,能够有效保留星图的边缘信息和灰度信息;根据星图梯度符合拉普拉斯分布的先验信息,提出一种基于最大后验概率估计方法的星图去模糊模型,并对动态模糊星图进行去模糊处理。仿真结果表明,高动态时,经过所提出的去模糊方法处理后的星图不会出现维纳滤波方法中的振铃影响,处理速度和提取质心精度优于Richardson-Lucy滤波,质心精度优于0.1个像素,满足动态星敏感器的处理精度和速度要求。     

Shack-Hartmann 波前传感器质心探测的优化方法

为提高Shack-Hartmann(S-H)波前传感器的光斑质心探测精度,在分析质心探测误差来源的基础上,提出基于模板匹配的探测窗口选取方法和基于单个光斑的自适应阈值选取方法,将这两种方法与加权质心算法相结合求取质心,提高了质心探测精度。与固定阈值和传统质心算法相比较,当SNR 大于3 时,质心探测精度平均提高了约40%。将文中的方法应用于可见光波段的商品S-H 波前传感器,实验表明:文中方法得到的质心偏离度由传统方法的0.83 pixel 的最大值减小至0.15 pixel。该工作有重要的应用价值。     

红外星图预处理及星点定位精度分析

红外星图是白天观星获取的原始数据,图中含有单点噪声和条纹噪声等多种噪声,严重影响了后续的星点提取和质心定位。针对外场观星获取的红外星图,进行了星图预处理,并分析了星点定位精度。提出了单点噪声的检测与补偿算法和条纹噪声的列均值偏移校正（CMOC）算法,还采用Wiener2 和Top-hat 组合滤波方法对星图进行进一步滤波去噪,最后使用在观测星图中加入理想模拟星点的方法计算了星点定位精度。实验结果表明,预处理算法有效抑制了红外星图中的各种噪声,星点目标峰值信噪比最多由4.7 提高到了31.3,模拟的2 等星的星点定位标准偏差量级为1/30 pixel 水平,满足工程应用的精度要求。     

CORDIC算法在星图目标质心提取中的应用

为了能够快速而精确地实现对星图目标的质心提取,采用质心提取算法中具有较高精度的高斯曲面拟合算法,利用CORDIC算法来设计其中的对数运算模块,取代以往的查找表结构算法.通过ModelSim仿真,表明该运算模块能够以流水线的方式对数据进行连续处理,实时性较好.最后在FPGA硬件平台上进行验证,对一幅512×512像素的星图进行星点目标质心提取,试验结果显示该模块的计算误差在0.005个像素以内,定位精度要高于传统的质心法,而流水线的设计结构使其具有更快运算速度.     

三视场定位定向设备的视场确定

为了提高三视场定位定向设备可靠性,建立三视场系统功能的基本约束条件测试模型,以模型为依据对可见光波段的视场进行优化分析。首先,分析了设备正常完成工作时采用组合星图识别和简单星图识别所需的必要条件,并建立这两种识别方式关于视场大小的概率分布模型。从原理和实验数据两个方面说明了三视场结构识别三角形概率分布不能通过单视场的概率分布简单推导获取的原因。,给出用蒙特卡洛法求取此概率分布和视场最优值的方法。然后,通过仿真分析得出了两种识别方法关于视场大小的概率分布,在分析两种识别方法仿真数据的基础上,取识别概率为1时视场大小为其优化值。实验结果表明:以组合星图识别为工作基础的三视场定位定向设备有更好的可靠性,优化的视场大小为4.2253.168 75。它满足三视场定位定向设备识别条件可靠性要求。     

近红外星图全天时定位技术导航应用的可行性研究

随着红外探测器和拍星技术的迅速发展,利用近红外进行全天时星光目标探测已经成为可能。对近红外全天时星光图像进行了特性分析。近红外星光目标提取、星光目标定位误差修正方法的研究与改进将会给导航系统带来新的革命,使得全天时导航的稳定性与可靠性变得更佳。根据近红外星图技术及其发展状况,结合目前典型导航平台的需求,分析了基于近红外星图全天时定位技术在导航平台上应用的可行性。对其中的典型关键技术进行了论述,为该领域的研究与应用提供了相应的依据。     

大气痕量气体差分吸收光谱仪地面数据评价软件设计

大气痕量气体差分吸收光谱仪通过探测地球大气或地表反射、散射的紫外/可见光,利用差分吸收光谱技术来反演大气中痕量气体的分布和变化。在地面对大气痕量气体差分吸收光谱仪完成实验室定标以验证其性能和可靠性,为大气痕量气体差分吸收光谱仪的数据处理提供支持。为快速处理光谱仪定标数据,研制了相关的光谱辐射定标软件。定标软件基于C++语言,在Windows平台上开发,实现数据定标和多维度展示定标数据。 其中光谱定标采用多项式拟合算法,光谱分辨率采用Gauss拟合算法。辐射定标包括绝对辐射定标和相对辐射定标,绝对辐射定标求取辐射定标非稳定性和非线性, 相对辐射定标求取相对辐射校正系数和不确定度。结果表明软件运行良好,能够完成大气痕量气体差分吸收光谱仪地面光谱定标、辐射定标数据的处理。     

自动导星星点检测及跟踪算法研究

详细介绍了自动导星的工作原理,对自动导星的星点检测及跟踪算法进行研究,结合星点能量在星图上分布近似高斯分布的特性,提出一种稳定可靠的目标星点提取算法。算法首先分析了星点目标的阈值判断原则,根据阈值条件确定一定数量的候选星点,然后在候选星点中筛选出最优的目标星点,最后通过高斯曲线拟合的办法求取最优目标星点的质心坐标。该方法提高了目标星点提取的准确性和计算速度,实验结果表明:改进后的算法能够达到良好的效果。     

一种折射星图的模拟方法

星光折射法是一种很有发展前途的导航方法。由于航天实验费用巨大,往往不可能进行实时的星空拍摄。为解决这个问题,文中提出了一种折射星的模拟方法,该方法结合大气折射模型和星光折射几何方程来计算星光折射角,进而得到折射星的赤经和赤纬。再利用星图模拟方法就可以模拟折射星在星敏感器像平面的位置,而且能够根据实际情况考虑星敏感器噪声、环境噪声的影响,仿真结果验证了本方法的正确行和实用性。     

基于红外热波检测理论模型的红外热像数据拟合方法

在分析脉冲红外热波无损检测基本原理和热传导模型的基础上,提出了一种基于红外热传递模型的非线性参数拟合方法,并将其与传统的多项式法进行了对比。实验结果表明,该理论模型的拟合效果明显优于常用的低阶多项式。另外,在相同拟合效果的情况下,该模型的参数较少,具有更高的热像存储和压缩效率,是一种很有前途的红外热像数据处理方法。     

远距离激光光斑位置高精度测量方法

为了提高激光光斑位置测量精度,考虑影响光斑测量精度的因素,并对若干关键技术进行研究。为了抑制由于气溶胶散射导致的激光后向散射,研究距离选通技术,提出一种基于四象限探测器的异步距离选通技术;为了削弱大气湍流的随机扰动对激光光斑成像的影响,提出一种改进的盲解卷积事后复原方法,并从数学上证明了该方法的收敛性;为了消除多传感器采集图像之间的差异,提出一种基于目标区域的图像配准算法;还原光斑图像并利用高斯曲面拟合法提取激光光斑的位置信息。实验结果表明,提取到的激光光斑位置精度不大于0.3pixel。     

红外探测器暗电流测试方法研究

在红外集成光电系统中,暗电流及其噪声作为衡量探测器性能的关键指标,在工程上对其进行实际测试具有重要的意义。从工程角度提出了红外探测器暗电流的测试及分析方法。其主要思想是在红外成像系统中,通过改变黑体温度及积分时间,得到不同的拟和曲线,进而通过本文提出的方法计算出探测器的暗电流。     

基于雨滴谱分布数据库的近红外辐射衰减研究

为了研究降雨对近红外辐射的衰减,定量评估降雨对近红外设备的影响,在雨滴谱分布二元函数模型建立的基础上,提出了一种雨滴谱分布数据库的建立方法,对LAWS和PARSONS在美国华盛顿地区测量的雨滴谱分布数据进行拟合,建立雨滴谱分布数据库。基于雨滴谱分布数据库,结合米散射理论和衰减系数公式,得到了1μm,2μm和3μm波长近红外辐射的消光效率因子与雨滴直径的关系曲线,并计算了在降雨量分别为0.25mm/h,1.25mm/h,2.5mm/h,12.5mm/h,25mm/h和50mm/h条件下的近红外辐射衰减系数。结果表明,不同降雨量条件下,对于雨滴谱分布的函数关系式,正态分布具有更好的拟合效果;消光效率曲线的包络线随波长的增大而增大;拟合衰减系数和降雨强度的函数关系发现,指数函数具有很好的拟合效果。该计算结果对研究降雨对近红外辐射的衰减具有重要意义。     

结合改进显著性检测与NSST的红外与可见光图像融合方法

针对当前基于显著性检测的红外与可见光图像融合方法存在目标不够突出、对比度低等问题,本文提出了一种结合改进显著性检测与非下采样剪切波变换（non-subsampled shearlet transform, NSST）的融合方法。首先,使用改进最大对称环绕（maximum symmetric surround, MSS）算法提取出红外图像的显著性图,并进一步通过改进伽马校正进行增强,同时应用同态滤波增强可见光图像。然后,对红外图像与增强的可见光图像进行NSST分解,利用显著性图指导低频部分进行融合;同时设定区域能量取大规则指导高频部分融合。最后,通过NSST逆变换重构融合图像。实验结果表明,本文方法在平均梯度、信息熵、空间频率和标准差上远优于其他7种融合方法,可以有效突出红外目标,提高融合图像的对比度和清晰度,并保留可见光图像的丰富背景信息。     

基于频率调制的红外舰船显著性检测方法研究

针对海面背景下的红外舰船目标检测,改进了一种基于频率调制的显著性检测方法。首先,利用高斯高通滤波器对红外图像进行处理,抑制海杂波影响;然后,利用频率调制的显著性方法检测舰船目标。结果表明,利用本文的方法检测红外舰船时目标较完整,得到的显著图分辨率高。该方法能满足实时性的要求。     

一种基于图像融合的红外图像增强新方法

介绍了一种红外图像增强的新方法。该算法对红外图像处理过程中不同类型的噪声采用不同的方法滤波,有效地滤除了高斯噪声和脉冲噪声,同时增强了目标和背景中的边缘成分。该方法以增加检测系统硬件复杂程度为代价换取对红外图像特定信息的增强,可用于地面背景下红外图像目标检测或匹配跟踪的预处理。     

一种基于高斯拟合法的激光光束中心提取方法

在激光辅助的视觉测量系统中,高斯拟合法的拟合数据选取影响激光光束中心提取精度。针对不均匀光照下激光图像难以确定高斯拟合数据数量的问题,文中提出一种基于随机抽样一致性算法的自适应高斯拟合方法。根据激光图像背景区域灰度分布的变化特性,采用随机抽样一致性算法估计背景区域灰度分布模型;将该模型的局外点作为拟合数据,从而利用高斯拟合法获得激光光束中心点的亚像素坐标。实验结果表明,该方法选取激光图像的高斯拟合数据平均拟合系数达到0.934,与固定拟合数据长度的高斯拟合法相比,提高了激光中心提取精度。     

高精度刃边法测量红外相机MTF的研究

在航空遥感图像复原过程中,系统调制传递函数(Modulation Transfer Function, MTF)测量是非常重要的一步。刀刃法因具有很多优点而成为测量MTF中较常见的方法。利用刀刃法测量红外相机MTF时,边缘扩散函数(Edge Spread Function, ESF)的提取和拟合非常关键,这直接决定了后续MTF计算效果的好坏。实验设计了一种新的提取边缘数据点的方法。该方法通过移动刃边来直接观察单个像元灰度值的变化,比利用遥感图像获得ESF的传统方法要简单、直观。同时,对比了线性拟合、高斯拟合与费米拟合三种ESF曲线拟合方法的效果。结果表明,费米拟合很好地平滑了ESF两端的噪声,效果最好。