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。     

白天观星红外星图噪声抑制算法

单点噪声和条纹非均匀性噪声是白天观星红外星图中的两种典型噪声,严重影响了星图识别的后续处理。针对两种噪声产生的原因和特点,提出改进的单点噪声去噪算法,即用局部窗口遍历扫描全图检测出单点噪声,然后用全局均值进行补偿;又提出列直方图偏移校正算法去除条纹非均匀性噪声,即依据列偏移校正模型,对每列直方图相对于全局直方图的峰值位置偏移进行校正。实验结果表明:所提出的噪声抑制算法对红外星图去噪效果良好,星点目标峰值信噪比可从7.4提高到12.8,并且算法计算简单,可以在单帧时间内完成,满足星图实时预处理的应用要求。     

基于奇异值分解的灰度水印算法

提出了一种基于离散小波变换和奇异值分解的灰度水印算法.首先在嵌入前对水印做Arnold置乱处理,然后对置乱后的水印图像及其原图像进行离散小波变换分解,同时保留小波分解后水印的高频系数,并在水印检测过程中作为密钥使用.最后对原图像小波变换后的中低频系数进行奇异值分解(SVD),并把相应的水印嵌入其中.实验结果表明,上述算法能够经受住剪切、噪声、滤波、压缩等处理,具有很强的鲁棒性.     

基于小波变换的SAR图像相干斑噪声消除方法研究

本文提出了一种基于小波变换的合成孔径雷达(SAR)图像相干斑消除滤波器.这种滤波器通过在小波细节子图像中减少小波分解系数的幅度来抑制相干斑噪声,同时利用小波细节子图像中提供的边缘信息来检测边缘和纹理细节,并保留其对应的小波分解系数值.实验结果表明,此方法除了对相干斑噪声有很好的抑制作用外,还保留了尽可能多的目标特性和图像细节,有着良好的图像视觉解译效果.     

小波包变换用于双模噪声的信号检测

将小波包变换良好的时频分析能力用于分析双模噪声的统计特性,因为小波包变换具有带通滤波的作用,当分解的层数足够多时,变换可看作窄带系统,将双模噪声作某一尺的小波包变换,在此空间上双模噪声的输出近似于高斯分布,在这一空间上进行信号的识别与检测。将小波包变换用于双模噪声背景下的信号检测系统,并将此方法与经典检测系统进行性能上的比较,仿真结果表明,小波包方法优于经典检测方法。     

一种基于数学形态学与小波域增强的滤波算法

为了有效滤除图像高斯噪声,将数学形态学与小波域增强相结合,提出了一种高斯噪声新型滤波算法.该算法首先将噪声图像进行二维小波分解,得到低频和高频子图像;然后保留低频子图像不变,对各高频子图像根据其噪声分布特点分别设计出多角度、多结构逐级形态学滤波器进行滤波处理,并进行小波分解系数重构;最后对经过形态学滤波后的图像进行2层小波分解,通过设计出一种新型小波增强函数对不同幅值的小波系数进行不同程度的收缩处理,在此基础上进行分解系数重构.将自适应中值滤波与数学形态学滤波与本文算法进行比较,实验证明本文滤波算法其去噪效果优于前两种算法.     

基于能量分布的星点提取方法

为提高星图预处理中质心提取的精度和实时性,提出了一种基于星点能量分布的星点提取方法.该方法将星点的能量分布概括为如下三个特点：一是当σ＜0.671时,星点的能量主要集中在其中心3×3像元的区域内;二是星点中心灰度最大;三是星点中心周围8个像元的灰度值大于平均灰度值.依据后两个特点可以确定星点中心像元,然后根据第一个特点就可以用传统的质心算法对星点中心3×3区域进行质心提取.仿真结果表明,该方法能够实时有效地进行星点提取,且实时性优于连通域法,在星等小于5时质心提取精度也要优于连通域法.     

光纤陀螺全频域小波阈值降噪技术

为了有效地去除光纤陀螺信号中的分形噪声,提出了全频域小波多尺度阈值降噪方法。从分形信号的分数微分形式出发,建立了分形信号与高斯白噪声之间的联系,结合小波分析的高阶消失矩特性,实现了分形信号在小波空间的去相关。当分形信号被具有高阶消失矩的小波分解后,其在小波域具有白噪声的特点,可以采用阈值处理的方法予以去除。同时,根据陀螺信号噪声的宽频带特点,对小波分解的低频近似系数和高频细节系数进行阈值处理,有效地抑制了噪声成分。光纤陀螺信号的降噪实例表明:相比传统的小波阈值降噪方法、卡尔曼滤波方法和滑动平均滤波方法,该方法具有较好的降噪效果。     

基于小波二维重建的强噪声光栅信号奇异点检测

机械传动轴扭矩信号的奇异点携带重要信息,准确而有效地检测出信号的奇异点,对于故障分析和保障系统安全具有重要意义.实际采集的光栅传感信号含有很强的噪声,干扰了奇异点的检测.传统的小波频域或其他滤波方法,会同时光滑信号奇异点.根据信号和噪声在小波变换下的不同特性,提出了一种将小波滤波与奇异值检测相结合的方法,通过将噪声频段的分解系数置0,实现信号的小波时-频二维滤波重建,它能在滤去噪声的同时很好地保持信号的奇异信息,适合强噪声下的信号奇异性检测与分析.实验中对含噪声光栅信号进行了对比处理,结果表明,该方法能在强噪声干扰下有效地检测到信号的奇异点.     

基于小波变换多尺度统计分析功能MRI数据的方法

如何从低信噪比的序列图像中准确、可靠地检测及定位功能激发信号成为功能磁共振(fMRI)数据分析的关键问题。通过分析MRI的Rician噪声特性,我们得到平方幅度图像的小波系数是无噪的平方幅度图像的小波系数的无偏估计,并提出了一种新的小波域多尺度分析fMRI数据的方法。该方法基于对fMRI平方幅度序列图像进行多尺度离散小波分解,然后对滤波后的小波系数直接进行统计参数检验,最终对统计显著的系数进行小波合成得到脑功能激发映射图。实验结果表明,我们提出的方法具有较高的检测敏感性及定位可靠性。     

实现弱星提取及质心定位的帧间窗口移位灰度叠加法

星敏感器在动态跟踪模式下,移位星像的信噪比衰减,弱星难以提取,当探测星数降为2颗时,定姿误差加大。鉴于对齐灰度叠加不能显著提高动态星像的信噪比,故提出一种帧间窗口移位灰度叠加法。通过对备选弱星窗口灰度数据进行流水缓存并移位叠加,增强弱星灰度及信噪比,使其满足探测阈值条件,确保星敏感器视场中始终保持不少于3颗星。仿真结果表明:4帧灰度叠加后弱星信噪比较单帧星图提高了1倍多,增加一颗观测星后定姿精度更高。     

基于星图模拟的星空目标提取

提出了一种将星图模拟技术应用于星空背景空间目标提取的方法,建立了地基光测设备的星图模拟模型,推导了光轴指向计算和星体到焦平面成像的坐标转换。利用模拟星图生成掩模,对实拍星图处理去除恒星背景。实验证明利用模拟星图能够有效去除恒星背景提取空间目标。     

基于OTSU算法的近红外星图目标提取

导航星目标的提取是近红外天文导航中的关键步骤,直接关系到后续的星目标识别和星图匹配.由于天光背景很强,提取星目标极为困难.近红外天文导航在近红外波段对恒星进行检测,即使在白天也可获得足够多用以导航的恒星目标.在分析近红外星图图像特点的基础上,引入能量投影,根据投影峰值确定潜在恒星目标和噪声点的位置;然后根据能量变化,设定待处理区域,并使用最大类间方差(Maximumbetween-cluster Variance,OTSU)算法进行目标和噪声点快速提取;最后使用多帧叠加,剔除噪声点,最终提取出恒星目标.实验结果表明,该算法计算简单,运行时间短,同时具有较高的检测率.该算法能够在复杂的背景中有效地检测出恒星目标,虚警率较低.     

基于共有星的快速星图识别方法

提高星图识别的快速性对于提高数字天顶仪的定位效率具有重要意义。传统的数字天顶仪星图识别需要对旋转拍摄的每幅星图上所有星点单独进行识别,致使星图识别效率较低。考虑到星图间存在着共有星,对此提出了一种基于共有星的星图识别方法。首先对定位循环中间位置拍摄的两幅星图单独进行识别,然后通过建立倾斜修正模型消除了实际拍摄状态下CCD平面与水平面之间的小倾角,并在此基础上建立了星点归算模型,以此找出剩余星图与已识别星图间的共有星。实验结果表明：通过星点归算模型找出剩余星图与已识别星图间共有星后,再对新增星进行识别,大大提高了星图识别的效率。     

适用于小视场星敏感器的导航星表构建方法

导航星表构建是星敏感器设计阶段的重要工作.对于小视场,受限于恒星分布规律,易出现导航星表空洞问题.为解决小视场条件下均匀完备导航星表构建问题,对基于球面螺旋基准点的导航星表构建方法进行了改进:摒弃了原方法通过改变球面螺旋基准点数量和位置重新构建导航星表的思路,转而通过增选部分恒星来达到减少星表空洞的目的.设立了描述恒星消除星表空洞能力的权值,并以该权值递减顺序开展恒星增选;同时,设计了增选恒星距离阈值条件以保持增选后导航星表的均匀性.仿真表明,在4圆形视场条件下,相对于原方法,文中方法得到的导航星表,总星数减少708颗,均匀性指标提高约44%,而星表空洞变化较小,显示了较好的性能.     

CCD噪声对星敏感器星点定位精度的影响

星点测量精度是表征星敏感器精度的一个重要指标,影响该精度的主要因素有：光学系统误差、图像传感器的噪声、电路噪声及软件算法等。图像传感器的噪声对星点定位精度的影响是不容忽视的,但很少对此进行研究。针对某给定参数的星敏感器,对TH7890M CCD图像传感器的各项噪声进行了定量计算;基于亚像素细分质心算法,针对各噪声的分布特点及规律,分别推导出各自的均方根误差,综合各项误差得到CCD噪声的星点定位精度模型。计算结果表明TH7890M CCD的主要噪声有读出噪声、光子散粒噪声和光响应不均匀性引起的随机噪声;影响星敏感器星点定位精度的主要噪声是读出噪声和光子散粒噪声;对6等星进行星点位置的估计,CCD噪声达到了1/40像素的精度水平。     

基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模与仿真

在采用天文光学自主导航方式进行深空探测时,导航星的视星等高,为获取清晰的星图,星敏感器焦距长、曝光时间长,同时受探测器多种运动复合的影响,星图易产生模糊拖尾现象,很难用基于硬件的常规方法有效复原。研究复合运动模糊星图的建模方法,可揭示星敏感器与导航星的真实相对运动对星图像质的影响规律,从而用软件算法复原高像质星图,提高星敏感器的动态性能。由于缺乏确定的参数模型,复合运动模糊星图建模难度较大。提出了一种基于可分离模糊核的复合运动模糊星图建模的新方法,研究星敏感器角运动和角振动对成像的影响,并与常用的分步模糊方法比较。仿真表明:基于可分离模糊核方法的仿真星图更符合星敏感器实际运动对星图退化的影响;星敏感器的复合运动特别是旋转运动对质心提取效果具有显著影响,严重时会导致星敏感器无法定姿。     

星敏感器高动态下自主星跟踪算法

当飞行器大角速度机动时,采用传统的星跟踪算法来提取星像坐标时,必须选取较大的扫描星图区域,从而增加了区域内包含其它星像部分像元或全部像元的可能,需要多次采用星对角距比较来选取正确的星像坐标,因此,在选取正确的星像坐标时增加了误匹配的可能。为此,文中提出一种星敏感器高动态下自主星跟踪算法,首先根据前邻时刻的瞬时姿态来预测下一时刻的输出姿态,再利用预测姿态预测当前时刻恒星在下一时刻的星像坐标,最后扫描在以预测的星像坐标为中心的星图范围内提取实际的恒星星像坐标。这样克服了采用传统星跟踪算法带来的数据更新率低、可能误匹配高甚至不能提取正确地星像坐标的缺点。最后,采用该方法进行了仿真验证以及外场观星试验。     

时间平均流场对星图影响的仿真研究

针对高超飞行器在飞行过程中产生的高速流场光学传输效应对星图的影响,运用雷诺平均法对飞行器边界湍流流场参数进行了计算,采用光线追迹法计算了星光在高速流场中的传输路径,应用物理光学法计算得到时间平均流场的光学传递函数,最后对气动光学效应退化星图进行了模拟。仿真结果表明．时间平均流场使得星光传输发生偏移和模糊,导致畸变星图中...