测量机器人小视场星图一维最大熵星点图像分割算法

图像分割是处理恒星星图的基本问题之一,也是确保野外高精度天文测量精度的关键步骤。图像分割的重点是图像二值化,对于星图的复杂星空背景,传统的阈值分割算法难以将星点目标从背景中提取出来。针对徕卡视频测量机器人TS50i拍摄恒星星图的小视场、单星点、弱目标和单峰性的特点,首次提出了运用一维最大熵法对星图进行阈值分割。对比分析了常用的几种阈值分割算法,通过对分割结果的比较和定量分析,验证了一维最大熵法能够在充分保留图像信息的同时,对TS50i图像达到具有良好的二值化处理效果。基于大量实拍星图背景的仿真试验表明,以该算法为基础的星点提取算法的准确性和可靠性得到验证,星点提取精度较野外一等天文测量精度要求高一个数量级,可以满足野外高精度天文测量的需求。     

视频测量机器人在野外天文测量中的应用

测量自动化是未来天文作业的发展方向。针对现有的天文测量系统仍需人眼观测恒星的缺陷,基于视频测量机器人TS50i的工作模式,详细介绍了其相关参数和关键技术,提出了利用TS50i代替传统全站仪进行自动天文测量的方法。采用星图处理方法解算室内观测模拟数据,验证了基于其视频测量特点的星点提取算法的适用性,其室内模拟实验横纵方向的星点提取精度分别达到0.010和0.011像素。基于大量室外观测结果表明:以视频测量机器人为平台的自动天文测量具有可靠性和准确性,经纬度定位精度达到分别优于0.24″和0.22″,可以满足野外高精度的天文测量要求。     

图像全站仪星点质心快速提取方法研究

提出了一种图像全站仪恒星图像快速星点质心提取方法。该方法首先推导了顾及高度角影响的度盘坐标与像素坐标严格转换模型,并利用其逆变换模型预测恒星概略成像位置;其次以概略成像位置为中心,以一定范围为半径,设定星图处理的范围;最后采用全局阈值分割算法滤除背景噪声,采用八连通域算法确定星点边界,采用灰度质心法计算星点质心坐标。通过对全站仪恒星图像的局部有效处理,与全局图像处理方法相比,将星点质心提取时间缩短到2.1%;质心提取的准确率由90.9%提高到100%,保证了质心提取精度,为实现快速天文测量提供了支撑。     

CCD数字摄影在天文定位测量中的应用探讨

随着微电子技术的发展，CCD图像传感器的应用领域不断扩展，目前，已逐步应用于天文观测。本文研究了CCD数字摄影在天文定位中的坐标系统，初步探讨了CCD天文定位的基本原理和其应用特点，想必在不久的将来，该技术会应用于我国天文测量，告别过去经典天文观测费时费力的模式，大大提高作业效率和观测精度，使摄影天文定位数字化成为可能。     

星光导航星点目标区域提取算法改进

星图中星点目标区域的提取关乎星点中心提取的精度,对后续星光导航定位计算至关重要。本文针对现有边界搜索算法实时性差、个别星点边界搜索计算失效的不足,以及视框提取算法单个视框内有多颗星点时无法识别处理的缺陷,提出了一种适用于大视场星图多星点目标区域提取的改进算法。基本思路是：首先采用视框提取算法初步提取目标区域;然后利用本文提出的对角线判定算法,筛选出单星点目标区域和可能含有多星点的目标区域;最后对可能的多星点目标区域采用边界搜索算法,提取每颗星点的目标区域,实现多颗星点目标区域的识别处理。实测星图处理结果表明,本文算法提取单星点目标区域的效率比边界搜索算法提高48%;视框大小为16～60个像素时,提取多星点目标区域的准确率优于98%,可消除视框提取算法由于多星点无法识别引起的近10像素的星点中心坐标误差,使星图中所有星点中心坐标的总体提取精度提高3.78倍,达到0.038像素。     

动态等角星图模拟技术

等角星图是一种特殊的星图,其保证了星空中天体运动角度的不变形,是实现室内仿真天文测量的关键技术之一.研究并提出了等角星图投影的原理,推导了投影原理公式,实现动态等角星图模拟,并通过小熊星图的模拟过程直观描述了等角星图生成流程.最后对等角星图模拟精度进行了分析.     

基于星点位置预测的线阵全站仪天文测量异常数据剔除方法

针对天文测量仪器小型化、自动化的发展趋势,本文提出了一种基于线阵式国产全站仪的天文测量数据处理方法。首先,介绍了星点质心提取方法和观测时刻计算方法;然后,分析了数据粗差的产生原因,提出了一种基于星点位置预测的粗差剔除方法;最后,设计并开展了两次野外试验,对比粗差剔除前后的定位精度。结果表明,经粗差剔除后,单时段间定位结果较为稳定,且8个时段的定位中误差小于±0.3″,满足一等天文测量要求;同一测站4个夜间联测的平均天文经度与准确值之差为0.23″,平均天文纬度与准确值之差为0.61″。相较于传统天文测量仪器,本文方法不仅实现了小型化、自动化及精准化,且摆脱了人眼观测的束缚,观测效率提升了一倍。     

基于星敏感器的星图匹配方法的对比与分析

随着对地观察测绘卫星、深空探测卫星对姿态测量精度要求的提高,进一步提高星图匹配精度是当前面临的重要课题之一。星点提取和定位是星图识别的前提。本文简单探讨了新型Top-hat变换的星点提取方法,通过实验对比分析了三角形星图匹配算法和采用P向量的星图匹配算法优缺点。      

数字照相天顶望远镜的测站坐标精度分析

针对利用数字照相天顶望远镜(DZT)测量地球自转参数中确定测站的瞬时天文坐标和国际地球参考架(ITRF)下的精确坐标问题，该文利用国家授时中心2017—2021年在丽江等多个台站的观测样机的长期测量数据，通过对分布在不同位置的多个测站的数据解算，分析了不同测站的坐标测量精度及对UT1测量的精度影响。基于2017—2021年的观测数据，进行DZT测量的精度分析。结果表明：几个测站的长期测量精度相近，天文经度长期测量标准差约为0.05 as,纬度方向为0.03 as,对UT1测量影响小于3.5 ms,该结果可为DZT测量ERP提供精确的初始坐标值。     

野外天文测量中太阳位置的快速解算与应用

为了减弱旁折光对天文测量的影响,需快速且准确地计算和预报测站所在地点的太阳位置,进而准确推算出日出、日落和中天的时刻。根据野外天文测量的具体需求,本文采用并设计了一种野外天文测量中太阳位置的快速计算方法,可以准确解算一年不同自然日中地球上任意地点的太阳实时位置,误差不超过10秒,其精度足够保障高精度野外天文测量的需求。     

视频测量机器人星识别算法在自动天文定向中的应用

天文定向是通过观测天体确定方位的高精度定向方法,在天文测量中具有重要的作用,实现自动天文定向是目前天文定向的发展趋势。基于视频全站仪的工作模式,本文提出了一种星识别定向方法。首先通过视频测量连续快速拍摄多颗星,再将高度角和方位角差作为匹配条件,识别出各恒星,最后利用观测数据和解算的恒星数据关系获得定向结果,实现天文定向自动化。本文分析了因测站坐标误差和观测误差引起的星识别误差,由此给出匹配阈值,进一步提高了匹配的精确度和准确度。     

侧扫声呐图像分割的中性集合与量子粒子群算法

针对现有的侧扫声呐图像分割方法存在分割准确率不高和效率偏低的问题,提出了一种基于中性集合和量子粒子群算法的侧扫声呐图像阈值分割方法。通过基于中性集合计算图像灰度共生矩阵,实现了侧扫声呐图像精细纹理的表达,提高了分割精度;基于二维最大熵理论,采用量子粒子群算法计算二维最优分割阈值向量,实现了分割阈值向量的快速准确获取,提高了分割效率和精度。最终实现了高噪声侧扫声呐图像目标的准确、高效分割。通过对含有不同目标的侧扫声呐图像的分割试验,验证了该算法的有效性。     

三维激光扫描仪在电力工程实测实量中的应用

针对传统电力工程中部分工作由人工空中作业的方式获取数据效率低、数据精度可靠性差等问题,本文提出将三维激光测量技术应用到电力工程领域,利用三维激光扫描仪其非接触式测量、安全快速、数据精度可靠性高等优点,大大降低了人为因素在测量上引起的误差。试验结果表明,这种方法与全站仪测得的电塔塔高测量结果、净空距离测量结果与坐标数据之间的差值在误差允许范围以内。     

一种亮星识别算法及其在天文定向中的应用

基于全站仪对任意亮星的观测采样,提出了一种利用高度角序列和水平角速率进行联合匹配的任意亮星识别算法。通过引入天体地平坐标计算程序,算法可正确辨别行星和恒星。本文分析了任意亮星高度角和水平角速率的观测误差和计算误差,以此给出了匹配阈值条件的设定依据,并在此基础上制定了有效的匹配策略。仿真计算及实际观测试验均表明,该算法具有100%的识别成功率,远优于现有算法。将此算法应用于任意亮星天文定向,定向结果的内符合精度达到2″,外部检核精度达到1.6″。采用多颗任意亮星进行定向,可有效减弱由测站位置误差引入的定向系统误差,提高绝对定向精度。本文提出的天文定向适用于多云及雾霾天气。     

基于大视场光学测量设备的多星观测和解算天文经纬度研究

本文提出了一种新的基于大视场光学测量设备和GPS测量点位天文坐标的方法,即测量多个星体方位角相对于主光轴方位角的增量,然后通过非线性最小二乘法解算出点位的天文坐标。采用该方法不仅可以避免讨论大气蒙气差的修正问题,而且能够满足高精度天文坐标的测量要求。     

一种能适应月相变化的月球图像中心提取算法

月球是夜间最亮的天体,测月导航可在云雾天气下有效弥补传统天文导航在夜间只能观测恒星的不足,扩大天文导航的可用范围。为实现测月导航,提出了一种能适应不同月相变化的月球敏感器图像月球中心提取算法。利用Sobel-Zernike矩算子对图像进行边缘检测,利用基于圆形性检测的搜索算法筛选月球边缘点并以此提取月球中心。经半物理仿真实验解算,该算法能够针对不同月相图像有效提取月球中心,中心提取的内符合平均精度为0.16像素,外符合平均精度为2.86″。由于在月球上观测地球也有"地相"变化,该算法同样适用于月球车地球敏感器图像中心提取。     

数字天顶摄像仪中CCD星象亚像素定位的改进二维矩方法

在利用数字天顶摄像仪通过天文测量确定天文垂线偏差的工作中,要求对CCD数字图像中星象中心进行亚像素定位。本文利用MATLAB实现对FITS格式CCD天文图像的正常读取,并与FV读取结果比较分析。在已有亚像素定位的修正矩方法基础上,提出一种利用迭代法寻求合适门限对二维修正矩方法进行改善。利用MATLAB实现对实测图像数据的处理与分析,探讨门限的取值对不同星等恒星定位精度的影响,给出门限的最佳取值。通过与已有修正矩算法处理结果比较分析,在以往修正矩方法计算基础上改进计算区域后再用迭代法计算,暗星定位精度有了很大提高。     

顾及局部相对几何变形改正的影像匹配和空三逐步精化方法

针对海拔落差较大地区无人机影像匹配和空三加密精度较低的问题,在具备初始空三姿态参数和概略地面模型的基础上,提出了一种顾及局部相对几何变形改正的影像匹配和空三逐步精化方法。该方法综合考虑了立体像对相对倾斜和地形起伏引起的影像相对变形,在传统空三基础上引入顾及局部相对几何变形改正的单点精确匹配算法,使得影像匹配和定向相辅相成,从而提高了影像匹配和空三加密的精度和可靠性。实验分析证明,该算法能较好地改正影像相对几何变形,强化空三网型结构和进一步提高空三精度,适用于地形高差变化较大的低空无人机影像空中三角测量。在效率方面,由于借助概略地面模型进行预测,局部相对几何变形改正的影像范围相对有限,因此算法基本满足实际生产需求。若考虑到每个连接点使用的单点精确匹配具备很好的独立性,并行化算法将可以进一步提高效率。     

图像全站仪的任意星全盲识别算法

准确可靠的任意星识别是快速自动天文定位定向测量和数据处理的关键.提出一种基于图像全站仪测量的任意星全盲识别算法.任意选取3颗亮星组成匹配三角形,分别对三星连续拍照获得短时序的水平角和高度角,线性拟合并归算至同一时刻的地平坐标,采用三角形匹配法进行识别.大量野外观测数据测试表明,若拟合外推时间不超过4 min,连续星和间...