天文定位定向观测目标图像坐标提取研究

摘要

在天文定位定向观测中常利用天体敏感器和摄影经纬仪观测天体，从而获取天体的图像信息以便进行定位定向。对于观测目标的图像需要进行像素坐标提取，为后续天文定位定向提供原始数据，因此观测目标图像的坐标提取精度直接影响了天文定位定向的精度。本文主要针对有代表性的观测目标，诸如：恒星星图、太阳图像、以及经纬仪通过镜面反射获得的十字丝图像等的像素坐标提取进行研究，主要研究内容如下： (1)首先本文对恒星星图进行图像预处理工作，包括星图滤波去噪、星图阈值分割、连通域划分。接着对处理后星图进行目标星点亚像素细分提取。分别通过传统质心法，加权平方质心法，带阈值的质心法，高斯曲面拟合法与偏正态分布PSF相关法对模拟的星图进行仿真实验。由实验结果可知，本文提出的基于偏正态分布PSF相关法提取的目标星点质心坐标精度可达到0.05pixels左右，精度高于其他4种算法，为后续高精度天文定位定向姿态解算等重要环节提供了保障。 (2)接下来本文对观测得到的太阳图像进行处理分析，首先介绍了3种阈值分割法对太阳图像进行图像分割，比较分析得出最大类间方差法提取太阳图像最为适合。然后提出了一种soble+空间矩的边缘检测算法用于检测太阳图像边缘。接着针对退化的太阳图像，本文提出了一种有效圆的边缘点检测方法。最后本文根据最小二乘原理提出了3种太阳图像质心提取算法，并通过实验分析比较三种算法提取太阳图像质心（几何中心）坐标的精度。 (3)最后本文对经纬仪通过镜面反射获得的十字丝图像进行十字丝中心坐标提取，提出了一种Hough变换与最小二乘相结合的算法。首先对获得的十字丝图像进行一系列图像处理工作。接着对处理后的十字丝图像先利用Hough变换与最小二乘拟结合拟合直线方程，计算交点坐标即所需十字丝的中心坐标。通过实验验证本文提出的算法精度在无噪声干扰时坐标绝对偏差在0.01pixels内；添加了高斯噪后算法提取的坐标绝对偏差在0.2pixels内。

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