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星敏感器灰度重心法质心定位系统误差分析及补偿算法

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弹箭与制导学报 2016年第4期36卷 146-148页

作者：王海涌宋振飞北京航空航天大学宇航学院北京100191

灰度重心法对星敏感器星像点进行质心定位,存在周期性系统误差,且高斯半径越小,误差峰值越大。为了对该型误差进行补偿,以积分型高斯点扩散函数为理想模型,所生成的星像点作为参考灰度数据,在时域上对灰度重心法开展仿真分析,对系统误... 详细信息

灰度重心法对星敏感器星像点进行质心定位,存在周期性系统误差,且高斯半径越小,误差峰值越大。为了对该型误差进行补偿,以积分型高斯点扩散函数为理想模型,所生成的星像点作为参考灰度数据,在时域上对灰度重心法开展仿真分析,对系统误差进行曲面拟合,拟合结果经过一阶泰勒展开处理,获得了误差补偿模型。仿真结果表明补偿算法显著提高了质心定位精度,高斯半径小至0.35像素,补偿后的质心定位精度优于10-3像素。

关键词：灰度重心法质心定位系统误差

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高斯加权的二维灰度重心法提取光条中心

计算机工程与设计 2020年第12期41卷 3570-3574页

作者：严婷婷李锋王琦江苏科技大学电子信息学院江苏镇江212003

为解决摄像机采集的激光条纹图像出现的明显不均匀现象,提高光条中心提取的精度和实时性,提出一种改进的二维灰度重心法。对光条图像进行中值滤波,用阈值法处理滤波后的图像;采用灰度邻域属性法进行光条中心的粗提取,求出条纹各列的法... 详细信息

为解决摄像机采集的激光条纹图像出现的明显不均匀现象,提高光条中心提取的精度和实时性,提出一种改进的二维灰度重心法。对光条图像进行中值滤波,用阈值法处理滤波后的图像;采用灰度邻域属性法进行光条中心的粗提取,求出条纹各列的法向宽度值;利用高斯加权的二维灰度重心法提取激光条纹中心。实验结果表明,在复杂的背景下该方法提取光条中心的精度和实时性均优于传统的灰度重心法、方向模板法以及自适应二维灰度重心法。

关键词：复杂背景阈值灰度邻域属性法高斯加权灰度重心法

一种高分七号卫星激光足印光斑质心的高精度提取算法

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光学学报 2021年第10期41卷 117-124页

作者：任守峰唐新明祝小勇李傲曲典兰州交通大学测绘与地理信息学院甘肃兰州730070 自然资源部国土卫星遥感应用中心北京100048 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室甘肃兰州730070

激光足印光斑质心的精确提取,对于提升国产卫星激光测高平面精度具有重要的实际意义。本文比较了灰度重心法、高斯拟合法和椭圆拟合法三种传统光斑质心提取算法,综合分析后提出了一种利用高斯拟合法和Canny边缘检测设置灰度阈值和距离阈... 详细信息

激光足印光斑质心的精确提取,对于提升国产卫星激光测高平面精度具有重要的实际意义。本文比较了灰度重心法、高斯拟合法和椭圆拟合法三种传统光斑质心提取算法,综合分析后提出了一种利用高斯拟合法和Canny边缘检测设置灰度阈值和距离阈值,并最终使用灰度重心法进行光斑质心提取的算法。对100组仿真光斑进行测试后的结果表明,本文算法提取的质心偏移量的标准差小于0.05 pixel,精度较其他三种算法高。使用本文提出的算法对高分七号卫星获取的某一段连续激光数据进行光斑质心提取,结果显示,高分七号卫星两束激光足印光斑在地面抖动的范围均在0.55 cm以内。本文算法和结论可为后续高分七号卫星激光测高数据的使用和研究提供一定参考。

关键词：遥感传感器质心提取高斯拟合法灰度重心法高分七号卫星激光足印光斑

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目标定位仿生复眼视觉系统成像位置计算

红外与激光工程 2013年第12期42卷 3433-3439页

作者：王小蕾王克逸曹兆楼闫培正郭方中国科学技术大学精密机械与精密仪器系安徽合肥230027

用于目标定位的仿生复眼视觉系统,目标成像位置的精确计算是提高系统定位精度的关键。文章从像斑能量分布的角度出发,介绍了一种较为适于复眼成像位置计算的方法:能量对称法。该方法以主光线在像斑上的坐标定义像斑重心,以主光线像点是... 详细信息

用于目标定位的仿生复眼视觉系统,目标成像位置的精确计算是提高系统定位精度的关键。文章从像斑能量分布的角度出发,介绍了一种较为适于复眼成像位置计算的方法:能量对称法。该方法以主光线在像斑上的坐标定义像斑重心,以主光线像点是像斑能量对称中心的原理来获得像斑重心(即像斑位置)。文中以仿生复眼视觉系统的简化模型为研究对象,应用能量对称法对理论模拟像斑和实验像斑进行了实际计算,计算表明理论像斑位置可以通过能量对称法准确得到;利用实验像斑位置计算入射光线角度也达到了较为理想的计算精度。文中采用传统的灰度重心法同步计算,与新方法形成对比。

关键词：目标定位复眼像斑重心能量灰度重心法

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太阳杂光噪声下星敏感器星像点质心定位方法

光学学报 2021年第3期41卷 137-145页

作者：王海涌华伟徐皓徐源北京航空航天大学宇航学院北京100191

为了保障太阳杂光干扰下星像点质心定位的精度,本文提出了一种去阈值和杂光斜面噪声的质心定位新方法。首先,在星像点窗口内将太阳杂光灰度噪声建模为一个斜面。针对质心定位新方法,推导关于杂光斜面模型各参数估计误差的质心定位误差... 详细信息

为了保障太阳杂光干扰下星像点质心定位的精度,本文提出了一种去阈值和杂光斜面噪声的质心定位新方法。首先,在星像点窗口内将太阳杂光灰度噪声建模为一个斜面。针对质心定位新方法,推导关于杂光斜面模型各参数估计误差的质心定位误差分析公式,尤其是关于开窗大小的函数关系。然后,基于窗口边缘像素给出杂光斜面模型的最小二乘参数估计公式。最后,采用传统的灰度重心法、去阈值灰度重心法和所提方法进行质心定位仿真测试,结果表明,所提方法的精度比传统灰度重心法和去阈值质心法的精度分别提高了2倍和15倍,是太阳杂光干扰下星像点质心定位的有效方法,具有一定的工程应用价值。

关键词：测量星敏感器太阳杂光阈值星图预处理质心定位灰度重心法最小二乘法

基于阵列式压电振动频谱衰减的结冰区域定位研究

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仪器仪表学报 2022年第10期43卷 86-97页

作者：葛俊锋白鸿飞毛俊伟桂康叶林华中科技大学人工智能与自动化学院武汉430074 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室绵阳621000

为克服传统结冰传感器无法实现翼面大范围多区域结冰探测问题,提出了一种基于灰度重心法的多结冰区域定位方法。该方法通过采集结冰前后压电阵列的振动谱,提取频谱幅值衰减率作为定位特征值,并结合基于多点结冰概率检测的重构算法和灰... 详细信息

为克服传统结冰传感器无法实现翼面大范围多区域结冰探测问题,提出了一种基于灰度重心法的多结冰区域定位方法。该方法通过采集结冰前后压电阵列的振动谱,提取频谱幅值衰减率作为定位特征值,并结合基于多点结冰概率检测的重构算法和灰度重心法计算得到多个结冰区域的中心坐标,实现对平面或曲面上多个结冰区域的定位。当扫频频率范围0.5~5 kHz时,在70 mm直径的结冰条件下,铝板单结冰区域定位平均误差为27.4 mm,两结冰区域定位平均误差为29.04 mm;翼面结冰横向定位平均误差为22.6 mm。为了进一步提高定位精度,提出了一种基于小波包分解的敏感频带选择的特征提取方法。优化后的实验结果表明,铝板单结冰区域定位精度提高了34.59%,定位误差波动程度降低了45.67%,翼面结冰的横向定位精度提高了54.87%,横向定位误差波动程度降低了46.63%,实现了较高精度的多结冰区域定位探测,为面式结冰探测提供了一种新思路。

关键词：结冰区域定位灰度重心法小波包分解敏感频带

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基于累加器的哈特曼-夏克波前斜率处理器

光学精密工程 2011年第3期19卷 501-507页

作者：樊志华王春鸿姜文汉中国科学院光电技术研究所自适应光学研究室四川成都610209 中国科学院自适应光学重点实验室四川成都610209 中国科学院研究生院北京100039

在硬件资源有限的情况下,为了支持尽可能多的子孔径进行实时波前斜率处理,提出了一种基于累加器的波前斜率处理器。该处理器的运算核心是子光斑质心计算模块,根据二维图像矩计算的可分解性以及一维矩的递推累加求解方法,用加法运算代替... 详细信息

在硬件资源有限的情况下,为了支持尽可能多的子孔径进行实时波前斜率处理,提出了一种基于累加器的波前斜率处理器。该处理器的运算核心是子光斑质心计算模块,根据二维图像矩计算的可分解性以及一维矩的递推累加求解方法,用加法运算代替子孔径坐标与像素灰度的乘法运算,获得灰度重心法所需的所有二维低阶矩。该模块仅由5个累加器组成,硬件实现时避免了乘法器的使用,降低了资源消耗。仿真实验结果表明:对于22×22方形排布的哈特曼-夏克波前传感器图像,本文的结构可在FPGA内实现;在100 MHz的工作频率下,完成一帧所有子孔径斜率计算的延迟时间为0.33μs,计算误差<0.002 pixel;与传统的波前斜率处理器相比,其逻辑资源消耗减小了40%左右。所提出的结构能够在不增加额外资源的情况下,通过对原波前斜率处理器进行升级来完成,其支持的子孔径数目增加1倍左右,实现了波前斜率的高速、高精度提取。

关键词：自适应光学 Shack Hartmann传感器灰度重心法几何矩波前斜率处理

简易高斯灰度扩散模型的误差分析及适用性研究

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光学学报 2012年第7期32卷 115-120页

作者：王海涌周文睿赵彦武北京航空航天大学宇航学院北京100191

为了验证简易高斯灰度扩散模型的适用性,与传统高斯灰度扩散模型进行了对比分析。将两种高斯模型做归一化处理,设定检验像素,分析检验像元灰度的归一化值的相对误差;进行星图模拟,得到4个不同高斯半径(σ)下灰度赋值相对误差与像点映射... 详细信息

为了验证简易高斯灰度扩散模型的适用性,与传统高斯灰度扩散模型进行了对比分析。将两种高斯模型做归一化处理,设定检验像素,分析检验像元灰度的归一化值的相对误差;进行星图模拟,得到4个不同高斯半径(σ)下灰度赋值相对误差与像点映射位置偏离值的关系曲线,整体上误差随σ的增大而减小;对星图模拟得到的系列星像点采用灰度重心法提取质心,质心误差随σ增大而减小,传统模型模拟像点的质心提取精度比简易模型高约2个数量级。无噪声条件下σ=0.671时,简易模型模拟像点最大质心误差仅为0.033pixel。仿真结果表明:单就像点外形仿真而言,当σ较小时,简易模型不再适用;但针对像点的质心定位及后续算法,简易模型带来质心误差量级可以忽略,运算量更小,适于应用。

关键词：图像处理星图模拟高斯分布归一化灰度重心法

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基于高斯分布的星像点精确模拟及质心计算

光学精密工程 2009年第7期17卷 1672-1677页

作者：王海涌费峥红王新龙北京航空航天大学宇航学院北京100191

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法。按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导... 详细信息

为提高星敏感器仿真系统的精度,提出了基于高斯规律的模拟星像点的灰度扩散方法和高斯质心提取算法。按照二维高斯分布规律置灰度值来模拟星像点像素,对称中心是映射坐标而不是取整的中心像素坐标,以便准确模拟实际星像点散焦及像差导致的灰度扩散。高斯质心提取亚像素定位过程包括像素粗定位和偏差精定位两个步骤,基于高斯规律建立了一个分段函数实现偏差精定位。在星像点噪声为N(0,1.22)的仿真条件下,整个偏差区间[-0.5,0.5)pixel内高斯质心定位标准差为0.007pixel,远小于灰度重心法的0.041pixel和加权灰度重心法的0.026pixel,而3种方法对模拟星图的处理结果一致。仿真实验表明:模拟星像点高斯灰度扩散法是合理准确的,而高斯质心提取算法简单精确,精度高于传统灰度重心法。

关键词：星图模拟散焦亚像元灰度重心法高斯分布