陆地卫星主题测绘仪数据的重新采样

<正> 一、前言遥感图象数据的几何校正和投影变换处理,需要为输出图象各网格点上的象元确定灰度值。根据在输入原始图象上相应的映射点周围象元的灰度值,内插确定输出象元灰度值的过程称作为重新采样。这重新采样运算是计算机遥感图象处理中最费机时的一项运算。通常可供采用的重新采样算法有三种:最近邻点法;双线性内插法和三次折积法。其中以三次折积     

基于边缘与颜色信息的车牌精确定位算法

针对现有车牌定位算法定位率不高和速度慢等问题,结合数学形态学,提出了一种基于车牌边缘检测与颜色信息的精确定位算法.首先对图像进行灰度化、平滑去噪及灰度拉伸等预处理,然后对图像进行垂直边缘检测和二值化处理;再采用线过滤算法滤去干扰边缘线信息,并利用车牌区域灰度变化次数多的特性定位出车牌上下边缘;对经过上下边缘定位后的车牌采用点密度过滤算法滤去零散点,接着采用数学形态学方法寻找连通域粗定位出车牌区域;最后对粗定位车牌在HSV空间进行颜色分割和倾斜矫正,从而精确定位出车牌.实验结果表明,该算法能够实现车牌的快速精确定位.      

基于三次样条插值的激光干涉图的细化研究

在利用Ｚｅｒｎｉｋｅ多项式拟合波面的方法中,干涉图的细化误差直接影响波面的拟合误差。提出了利用三次样条函数插值的方法,将干涉图的灰度值分布曲线转换成严格的光滑曲线,从而通过数值计算方法求出灰度值曲线的极大值和极小值,以达到细化的目的。     

空间目标可见光相机的成像算法研究与分析

可见光相机可被应用于空间目标监测,其拍摄的图像具有高分辨率、高清晰度和高质量等优点。基于可见光探测器CMV4000获取Bayer格式数据的特点,采用了颜色插值和白平衡等方法,实现了彩色图像的重建。通过对比和分析多种插值方法,选取基于梯度的插值算法和灰度世界法用于工程实现色彩数据的重建。用彩色板等目标在实验室、暗室等场景下对算法进行仿真测试。结果表明：基于梯度的插值方法和白平衡法可以有效地恢复彩色图像,可以在空间环境中获取高质量的彩色图像。     

单圆轨道扫描的Grangeat改进算法

为减少ICT(Industrial Computed Tomography)重建图像的伪影,研究了Grangeat精确重建算法的原理.基于平板探测器依次通过对投影数据沿行、列一阶偏微分,求Radon导以及两步反投影等步骤仿真实现了Grangeat算法.针对单圆轨道锥束扫描投影数据的不完备性,分析了Radon空间的数据缺失情况,提出了通过近邻插值、线性插值、二次三点插值和一元线性回归插值的方法对Radon空间缺失数据进行插值改进该算法的几种途径.计算机仿真结果证明了改进算法的正确性和可行性.     

eLoran系统ASF网格应用算法研究

ASF网格是提高增强型罗兰（Enhanced Long Range Navigation,eLoran）系统精度的重要方法。根据所在网格四个顶点的附加二次时延（Added Secondary Factor,ASF）值通过网格应用算法得到待测试点的ASF值,一定程度上比公式计算的ASF值更准确。在计算过程中,用户四个顶点ASF值的测量误差会传递给用户,同时内插算法本身也会引入误差,此时内插算法的选择尤为重要。本文通过仿真、分析比较几种常用的内插算法,得出结论：反距离插值算法引入的误差最大,双线应插值算法引入的误差最小,而且误差呈现一定层次感,网格从内到外误差逐渐减小。     

动态拖尾星图模拟算法研究

星图模拟技术是星图识别算法仿真和性能测试的基础.为了更好地模拟星敏感器在轨工作的情况,对星敏感器的软件开发以及自身性能进行有效的地面测试,提出一种动态拖尾星图模拟算法.该算法分为4个步骤:首先根据星敏感器指向在全天球范围内搜索导航星;接着利用小孔成像模型计算导航星在星敏感器成像面的投影位置;然后在考虑卫星运动引起的恒星拖尾的基础上,按照二维灰度分布规律置灰度值来模拟星像点像素;最后叠加杂散光背景及成像器件引起的噪声.提出的算法具有速度快、精度高及可实现性高等优点.     

基于显著特性的保持边缘滤波算法

针对传统保持边缘滤波算法中存在光晕的缺点,提出了基于显著特性的图像保持边缘滤波算法.该算法主要思想是利用原图的显著特性图具有边缘突出的特点,简化双边滤波法中灰度因子的设定工作.首先提取出原图像的显著图,然后根据图像显著值的大小自适应模糊图像中的细节和噪声部分:显著值较小的区域灰度因子设置较大,平滑此区域;显著值较大的区域灰度因子设置较小,保持边缘部分的清晰.实验结果表明,该算法在平滑了细节和噪声的同时,有效地保持了边缘信息的清晰,与传统方法相比,新方法不仅避免了光晕现象的产生,而且应用更为广泛.      

嫦娥一号卫星CCD立体相机月表图像镶嵌

鉴于嫦娥一号CCD相机获取图像的特殊性, 选用投影的方法, 完成了Apollo12, Apollo14和Apollo15登月点区域的月表正视图像镶嵌. 在分析圆柱投影表象的基础上, 推导出了月球割35o Mercator投影公式. 首先读取单轨数据的经纬度和灰度, 进而根据四个角点的经纬度建立空图框, 并根据分辨率、长度比与月球投影理论分别在纵向和横向上进行网格划分, 实现图框的像元化. 通过单轨图像和图框的坐标匹配完成灰度镶嵌, 匹配误差控制在一个像元以内. 对重叠区域的灰度值进行平滑处理, 最终图像还原来完成月表图像的镶嵌. 该方法有普遍适用性, 可以用于其他轨道图像的镶嵌.      

半规则三角网格模型细分曲面重构

针对逆向工程中的三角网格重构问题,提出了一种保持尖锐特征的半规则三角网格模型细分曲面重构算法,以充分利用细分曲面的多分辨特性.首先经提取尖锐特征和删除最大独立点集得到基网格,然后利用插值Loop细分和最近点法向投影法不断调整半规则网格得到重采样网格,最后运用渐进插值(PI,Progressive Interpolation)算法生成半规则细分曲面.实例表明,重构后获得的细分曲面连接性好,可以直接进行细分小波分析.     

自适应立方卷积图像插值算法

图像插值是图像处理的一项重要技术,可适用于多个领域,近年来多使用该技术进行图像缩放.针对传统图像缩放算法边缘处理效果较差、边缘检测插值算法复杂度高的问题,提出一种有效增强边缘轮廓的自适应立方卷积插值算法.该算法结合边缘梯度变化和立方卷积插值的特点,使得图像在平坦和纹理区域均能取得理想效果.实验结果表明,与基于边缘检测的插值算法相比,该算法具有较低的复杂度,平均运算时间降低了3.19 s;与立方卷积算法相比,图像峰值信噪比有较大的提高,峰值信噪比增加了0.89 dB.     

基于递推自适应权重的快速稠密立体匹配

针对经典自适应权重稠密立体匹配算法计算量大的问题,提出了一种递推自适应权重算法.重新定义相邻像素的权重为距离衰减因子和色彩差异函数的乘积,不相邻像素权重为相邻像素权重的累乘,色彩差异越小、距离越近的像素权重越大;证明了在新的权重定义下,一维空间的匹配代价融合可以通过两次递推完成,真实图像的匹配代价融合可以通过4次递推完成,同时给出相应递推公式;递推匹配代价融合时每个像素每一视差只做4次乘法和8次加法,计算量比窗口大小为35×35的经典自适应权重算法小约两个数量级;基于递推匹配代价融合实现了一种快速稠密立体匹配算法.使用Middlebury大学的测评集测试该算法,证明了递推自适应权重算法的速度和精度均优于经典自适应权重算法.     

基于CP FODT实时数据处理技术稳健性研究

为改善飞行器实时数据处理中端点附近数据解算精度差、状态预估不准确的问题,提出并证明三次多项式一阶导数定理(CP FODT),对基于该定理的一阶导数解算方法的实时数据处理性能进行了研究.通过仿真计算研究了拟合区间长度、测量误差限及采样间隔对于计算结果的影响,对解算误差进行了分析,给出参数选取的基本原则,并采用实测数据对解算效果进行了验证.验证表明该算法对于实时数据处理具有较高的稳健性和可靠性,可提高端点附近数据的解算精度和预测的准确度,并可衍生为插值算法,能够为实时数据处理提供高精度的数据源.     

地质构造的三维可视化

地质构造三维可视化可以将地质勘探数据用直观的图形方式显示,是正确认识地质构造的重要手段,从而为油藏描述提供科学的依据.通过根据已知地质数据的三角剖分和插值,建立了地层层面、断面三角网格模型.研究了地质层面、地质整体模型、地质立体剖切和动态模型等多种三维地质模型可视化流程.提出了建立地质立体模型的方法,即由缝合相邻地层层面、相邻断线分别形成的地质体边界面和断层三角形环状曲面,以及顶地层三角网格层面,共同围成三维地质立体模型.在这一过程中,实现了最近邻优先重构、地层层面三角网格模型的外边界闭合圈多边形追踪及平面与三角网格求交线等关键算法.实验结果提供了从整体到局部的多种地质构造显示手段,从而帮助人们准确快速掌握地质构造.      

Tetrahedral satellite formation: Geomagnetic measurements exchange and interpolation

This note presents a study of a four-satellite tetrahedral formation to collect, process, and exchange multipoint measurements of geomagnetic field in a near-polar orbit. The study is conducted as a series of numerical experiments based on simulated spacecraft orbits and corresponding geomagnetic field models output. The four satellites are assumed to move in near-circular orbits specifically chosen to maintain the tetrahedron quality. The satellites exchange their simulated magnetometers readings and the collected multipoint measurements are processed on board of any of them thus creating an instantaneous interpolated map of the geomagnetic field in the interior of the tetrahedron. Interpolation is carried out with the use of Kriging algorithms, known in geostatistics for capturing spatial correlation of the data and taking into account statistical properties of the interpolated variables. We propose a concept of a servicing formation, and analyze interpolation accuracy for different formation sizes. It is then discussed how the processed multipoint measurements can be provided as a service to other nearby satellites. Finally, we show that using the existing COTS magnetometers it is possible to obtain real-time interpolation data, which are more precise at a given point and time than a conventional onboard magnetic field model, thus ensuring better attitude determination routines performance in the serviced spacecraft.     

基于红外波段船载星光定向仪白昼恒星探测技术

摘要： 白昼恒星探测技术是船载星光定向仪海上应用的关键技术之一.本文基于实测星图给出白昼恒星探测技术的理论公式和实现方案.该技术针对实测红外星图中的背景噪声、伪星点、坏像素、对灰度背景的适应性问题,分别设计星图滤波算法、多帧伪星点剔除算法、坏像素索引表以及多梯度渐进积分时间调整算法.通过外场观星和组合导航实验验证该技术的有效性和精度.     

基于离散系数改进的VWKNN位置指纹定位算法

位置指纹算法是研究室内定位技术的主要方法,其中在线阶段的匹配算法是影响室内定位精度的主要因素之一。目前,在线阶段的匹配算法有最近邻算法、K近邻算法以及加权K近邻算法。其中,最近邻算法和K近邻算法都没有考虑到不同参考点和待定位点之间的欧氏距离对定位精度的影响,而加权K近邻算法虽然考虑到了欧氏距离对定位精度的影响,对最终的定位结果采用欧氏距离归一化处理进行加权,却没有考虑到AP信号的波动性对定位结果也会产生很大的影响。因此,针对在线阶段的匹配算法作出改进,提出了基于离散系数改进的加权K近邻算法。在离线阶段建立位置指纹数据库,在在线阶段使用离散系数来反映各AP信号的稳定性,进而对待定位点与参考点之间的欧氏距离进行加权,计算出所有的加权欧氏距离后,从中选取距离最近的k个参考点,估算出待定位点的物理位置。实验结果表明：基于离散系数改进的加权K近邻算法可以实现平均定位精度比K近邻算法提高15%～17%,较加权K近邻算法提高了11%～13%的定位效果。     

基于压缩感知的高精度地磁基准图构建方法

地磁基准图的构建是实现地磁匹配导航的基石。针对实测数据量较小时利用插值法构建的地磁基准图精度不理想的问题,将压缩感知理论应用到地磁信息采集中。结合地磁基准图的结构特点设计了以离散余弦变换作为稀疏基、单位矩阵作为观测矩阵,以压缩采样匹配追踪（CoSaMP）算法作为重构算法的基于压缩感知的高精度地磁基准图构建方法,并与三次样条插值、Kriging插值及PSO-Kriging插值法进行对比。实验结果表明:所提方法具有较高的重构精度和稳定性,与性能最好的PSO-Kriging插值法相比,在6.25%采样率下重构地磁基准图,所提方法使得峰值信噪比（PSNR）由66.97 dB提高至74.67 dB,绝对误差由25.47 nT减小至10.26 nT,均方根误差由28.57 nT减小至11.33 nT。      

无人机组合导航直接法与间接法滤波方式比较

全球导航卫星系统/惯性导航系统（GNSS/INS）组合导航可以提供连续、高精度的位置、速度、姿态信息,被广泛应用于无人机的状态估计。其中滤波算法的构建是其组合关键。不同组合导航的模式会对导航定位结果产生相应的影响。针对直接法和间接法这2种常见的组合模式,分别构建了基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的全球定位系统/惯性导航系统（GPS/INS）松组合模式,并将其运用于不同飞行场景下无人机（UAV）的实时动态状态估计。仿真场景以及实际数据验证结果表明,间接法在精度和稳定性方面优于直接法,直接法在滤波计算速率方面优于间接法。因此,当系统具有较高的计算性能,且面向高精度的应用情况下可选择间接法作为无人机导航的技术方案;对于快速求解但精度要求不高的应用情况下,选择直接法作为无人机导航的技术方案可以在一定程度上降低系统的成本。      

虚拟座舱中的三维音响

对可提供三维空间听觉信息并增强人在虚拟环境中沉浸感的双耳声做了介绍。从声音传播、被感知角度,对双耳声的数学模型做了推导。由于头部相关传递函数和单声道的声音信号卷积可生成双耳声,因此对头部相关传递函数做了较详细的阐述。对长时间声音信号的卷积算法中的重叠保留法做了论述,对可仿真声源平滑运动的交叉衰减技术做了介绍,最后对虚拟座舱中的一种三维音响生成方案做了设计。