结合形态学理论与Hough变换的SAR图像线目标检测方法

针对典型线状军事目标,提出一种SAR图像的目标检测方法。该方法首先将分块阈值分割的思想应用于未经斑点噪声抑制的原始SAR图像,得到ROI(Region of Interest)图像;然后,利用区域的几何特征有效地剔除大量虚警,并采用形态学梯度算子提取目标的边缘信息,与传统的Canny边缘检测相比,边缘轮廓更加连贯;最后,利用Hough变换对梯度图像进行直线检测,得到机场跑道的边缘。该方法对原始SAR图像采用传统的图像处理技术进行目标检测,因此,比基于SAR图像统计特性的目标检测方法简单易行。对真实SAR图像的实验结果验证了该方法的有效性。     

反对称双正交小波在红外图像小目标检测中的应用

在给出利用反对称双正交小波进行图像多尺度边缘提取的相关理论基础上,针对海空背景下远距离小目标的特点,提出了一种海空背景下红外图像小目标检测方法。首先应用反对称双正交小波变换的多尺度边缘检测方法,确定目标的潜在区域,进一步在潜在区域内采用形态学方法提取目标,从而实现了在小波塔式分解数据上的图像边缘特征提取和小目标检测。与采用二进卷积型小波的检测方法相比,具有图像处理数据量小,实现速度快的特点。实验结果表明,该方法能够有效抑制杂波干扰,准确检测出小目标。     

基于卡尔曼滤波的成像旋转弹跟踪系统设计

针对采用捷联稳定方案的旋转弹,为实现用数字计算方法提取比例导引所需的弹目惯性视线角速率信号,对一种基于卡尔曼滤波的成像旋转弹跟踪系统设计进行了研究。将目标的随机加速机动视作修正的瑞利-马尔科夫过程,与视线运动方程联立,建立了机动目标跟踪系统数学模型。由稳定平台的惯性测量元件实现对弹体姿态角的计算,另通过大视场捕获目标,获取目标相对光轴的误差角,综合两者可得目标相对惯性空间的视线角,对视线角进行数字微分获得视线角速度。其中,为避免放大测量噪声,采用自适应卡尔曼滤波法估计视线角速度。闭环仿真结果表明:与低通滤波算法相比,自适应卡尔曼滤波算法的精度高,对测量噪声抑制好,可获得比例导引所需的惯性视线角速率和跟踪角误差的滤波值,从而实现高精度控制。     

微型航天器多目标捕获算法研究

为了实时性捕获混杂在天基背景中的运动目标,采用一种基于有效点的质心提取与消旋配准相结合的比较差分算法.首先对天基背景有效点进行标记并质心提取,根据航天器定位系统提供的参考旋转角度进行适度消旋配准,再平移配准参照帧的有效点质心坐标,根据完全配准时有效点质心坐标相同点最多的原则,得出配准点,配准后比较差分去除相同背景点,提取出目标.仿真结果表明该算法计算量小,虚警率低,适合微型航天器实时多目标捕获的要求.     

一种宽范围非合作目标中频角跟踪接收机的设计与实现

为实现对非合作星间目标信号的捕获跟踪,提出了一种基于单通道单脉冲跟踪技术的非合作目标中频角跟踪接收机软硬件设计方案。硬件平台设计方案结合了FPGA与DSP在算法处理上的优势,涵盖高速ADC设计、系统时钟设计等。针对非合作星间目标信号的特征,提出了不同调制体制、不同码速率的非合作宽带数据传输信号的检测识别、角误差信号提取与分离方案,涵盖数字预处理、数字信道化、信道判决、信号检测估计、角误差信号提取等处理环节。系统捕获跟踪试验结果表明该非合作目标角跟踪接收机可以完成对多种调制体制(BPSK、QPSK、SQPSK等载波相位调制)、不同码速率(1kbps～300Mbps)的非合作宽带数据传输信号的角误差信号提取与分离,载频估计精度优于100kHz,码速率估计精度优于100kbps。本系统可实现对非合作目标信号的有效跟踪,为开展非合作目标角跟踪接收机的工程化研究奠定了扎实基础。     

空间目标天基天文定位误差分析

空间目标的天基观测是未来空间目标监视系统的主要观测方式。天基观测 可以利用轴系定位和天文定位两种方式实现对空间目标的定位,其中天文定位方式能够达到 较高的定位精度。星载相机的姿态测量误差和目标位置提取误差都会影响空间目标的天文定 位精度。基于此,本文推导了空间目标天基天文定位的误差公式,结合一套星载相机的参数 ,采用计算机仿真的方法,研究并分析了各项误差因素对天文定位精度的影响规律。计算结 果表明,空间目标的视赤经的精度随视轴赤纬角的增大而变差,视赤纬精度水平高于视赤经 的精度水平;将空间目标成像在CCD面中心位置附近,能够得到较高的定位精度;视位置测 量精度与目标星点质心提取精度呈线性关系;就目前的硬件水平而言,视赤纬可以达到标准 偏差优于2″的水平,视赤经精度稍差。
     

基于Zernike矩的高精度太阳图像质心提取算法

在基于太阳观测的月球车天文导航系统中,针对太阳传感器中图像噪声以及典型图像退化的不良影响,提出了一种基于Zernike矩的高精度太阳质心提取算法。采用Sobel算子进行边缘检测,Zernike矩重定位亚像素边缘,用最小二乘法拟合圆心。而当图像存在退化时,进行有效圆边缘点检测后,再用该法提取质心。从理论上分析了Zernike矩亚像素边缘检测对圆拟合法的改进作用。利用仿真图像和地表实验图像,将本文方法与传统的重心法、带阈值的重心法和圆拟合法进行了比较。结果表明,本文方法精度更高,具有更好的稳定性,可以对月球车天文导航精度的提高起良好作用。     

非合作目标超近距离光学相对导航方法及半物理仿真系统研究

针对非合作目标研究了一种可实时应用的超近距离相对导航方法,用相机主动获取目标飞行器图像,对图像进行预处理得到有效的边缘段信息。选取立方体卫星作为非合作目标的通用模型,用轮廓精化提取方法进行轮廓的三维重建,并给出了轮廓三维位置和姿态估计信息获取的具体步骤。建立了用四元数和相对欧拉角表示的追踪器与目标器相对姿态的轨道动力学模型,设计了基于衰减扩展卡尔曼滤波的相对导航算法。构建了一套基于运动导轨的半物理仿真系统,以验证算法的有效性和可行性。给出了仿真系统的硬件组成和软件功能。结果表明:所建仿真系统获得的相对距离10~0.5m内非合作目标相对位姿精度分别为0.03~0.15m,0.5°~1.5°,可用于非合作目标超近距离相对导航研究的相关验证;用所提方法可实现非合作目标的实时超近距离相对导航,能同时获得位姿及相关速度类导航信息,精度满足工程要求。该仿真系统在工程中有较大的应用价值。     

基于雷达相位测距的微动特征获取

针对微动目标的雷达回波特征信号一般较小难以提取的特点,提出了一种基于雷达相位测距的微动特征获取方法。相参雷达工作在宽窄交替模式下,宽带信号形式为线性调频（Linear Frequency Modulation,简称LFM）。首先,通过窄带相位测距（游标测距）测量目标质心的平动轨迹;其次,通过宽带相位测距测量目标上各个散射中心的运动轨迹;最后,从散射中心运动轨迹中除去质心平动轨迹,获得散射中心相对于质心的微动轨迹。相位测距精度极高,已知微动模型,可以估计微动参数,获取微动特征。仿真结果表明,该方法可以有效获取目标的微动特征。     

基于纹理边界检测的航天器椭圆特征提取方法

为确定失效航天器等非合作目标的相对位姿,提出一种通过纹理边界检测的椭圆特征提取方法。该方法假设椭圆特征是航天器表面两种不同纹理的边界,利用上一时刻相对位姿信息,将对接环离散几何模型投影到像平面,并沿各离散点的法向方向通过概率方法检测纹理边界点。利用随机抽样一致(RANSAC)方法剔除边界点中的粗大误差,进而拟合出椭圆参数。纹理特征对光照变化具有鲁棒性,因此该方法能够在变光照、星体表面反光不均匀等复杂情况下快速准确地提取图像中的椭圆特征。本文以对接环图像特征提取为例进行仿真校验,分析了算法参数和噪声对提取椭圆精度和时间的影响。利用真实图像与基于梯度边缘的椭圆提取方法进行对比,结果表明,所提出的算法具有较高的精度和速度。     

行星表面非规则陨石坑检测与识别方法

针对深空探测任务中行星表面特征检测与识别问题,提出了一种新的行星表面非规则陨石坑检测与识别方法。首先采用基于背景的Hopfield网络实现陨石坑边缘的提取,在对陨石坑边缘多种约束进行分析的基础上,提出了伪边缘剔除方法,并结合线性抗差估计理论与最小误差中值椭圆拟合方法,实现了对非规则陨石坑,特别是重叠及不完整陨石坑的检测及特征参数的提取。通过对行星表面光学图像的数学仿真验证了该方法能够对复杂背景下的非规则陨石坑进行有效的检测与识别。     

基于行数据扫描的星空多目标星点提取方法

为了解决传统方法无法实时获取星空目标位置问题,文章提出了一种基于行数据扫描的星空多目标星点提取方法,通过阈值提取、行目标提取、星空目标识别和质心坐标计算等四个步骤来快速提取星空目标。为了使该算法能够更有效地运行在嵌入式设备中,对算法进行合理配置,将其分割成FPGA端和DSP端。通过试验验证,在输入图像分辨率为1 280像素×1 024像素的情况下,文章提出的算法星点提取时间小于0.17ms。相比较传统方法,能够在不损失星空目标定位精度的前提下,提高提取速率,更适用于星空背景下的多目标快速星点提取。     

基于集成活动轮廓模型的SAR图像分割方法

图像分割是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像自动解译技术中的一个重要问题。基于活动轮廓的思想,给出了一种适应于SAR图像分割的集成活动轮廓模型。该模型综合利用SAR图像的边缘和区域特性,通过检测算子提取SAR图像的边缘信息,利用似然函数的最大化提取图像中不同统计信息的区域;通过边缘和区域的共同曲线运动实现对SAR图像的分割。利用加性算子分裂算法,给出了该模型的快速实现方法。通过MSTAR和实测星载SAR数据进行试验验证,并与其他算法比较,结果表明：所提方法适应性强,可适应复杂背景的SAR图像分割,并且分割定位准确、收敛速度较快;所提实现算法稳健,能适应不同参数设置,且对初始条件不敏感。〖JP〗     

一种基于图像形态学的深空图像模糊复原方法

针对深空目标与空间相机相对运动造成的图像运动模糊问题,文章提出了一种基于图像形态学的运动模糊复原方法。首先运用图像形态学细化的方法消除图像中的冗余信息,快速提取图像中目标的特征;其次运用最小二乘法直线拟合方法对目标运动方向进行估计,再利用连通域划分结果对目标运动长度进行估计;最后采用约束最小二乘方滤波对退化模型进行逆推导运算来实现目标运动模糊复原。通过实验验证结果表明：文章提出的基于图像形态学的深空图像运动模糊复原方法能够正确估计运动模型参数,通用性强,易于在轨实现,可以处理目标与相机相对运动造成的运动模糊问题,在目标运动方向不一致的图像中取得了良好的复原效果。     

基于轮廓特征的X射线脉冲星信号多普勒估计

探测器速度引起的多普勒效应会影响脉冲星信号累积轮廓特征,反之,这种轮廓特征改变可用于多普勒估计。提出了一种基于轮廓特征的X射线脉冲星信号多普勒估计方法。通过建立累积轮廓非齐次泊松模型,获得多普勒效应对累积轮廓的影响。构造轮廓特征函数对该影响进行度量,并利用函数值与周期误差的关系搜索信号周期。在搜索过程中,将离散观测数据转换为连续能量密度函数,消除相位间隔对累积周期的限制。根据周期搜索结果,结合脉冲星先验知识完成多普勒估计。仿真实验验证了该方法的有效性,其多普勒估计精度优于频域方法。     

基于MAP估计和广义高斯MRF的SAR图像边缘比率检测方法

SAR图像极低的信噪比以及乘性噪声给SAR图像的边缘检测带来了较大的困难。提出了一种针对SAR图像边缘的自适应贝叶斯检测方法。该方法利用广义高斯马尔可夫随机场作为局部均值的先验概率分布模型,利用贝叶斯准则推导了局部均值的最大后验概率估计。广义高斯马尔可夫随机场模型参数估计和局部均值估计采用联合迭代技术进行求解。边缘检测器的参数采用接收机操作性能曲线和卡方检验进行选择。基于实测SAR数据的仿真实验结果表明,本文的边缘检测算子是有效的,并优于已有的SAR图像边缘检测算子。     

基于多结构元素的遥感图像去噪及边缘检测方法

边缘检测是遥感图像处理的一个重要方面。利用数学形态学原理，提出了一种基于多结构元素的遥感图像边缘检测方法。首先采用基于视觉模型的边缘阈值得到灰度突变像素点，然后利用几种具有代表性的结构元素对这些像素点进行形态学腐蚀操作以区分真实像点和噪声点，将噪声点去除并通过伪中值滤波填补像素值，最后得到图像边缘。实验结果表明，该算法能够在保持图像边缘细节的前提下，很好地滤除图像中的孤立噪声点，在检测精度和抗噪声性能方面都优于传统的形态学算法。     

脉冲星导航轮廓折叠失真与周期估计算法

通过互相关算法对快速折叠算法（FFA）生成的系列折叠轮廓与标准轮廓模板进行比对,评估因真实脉冲周期与理论脉冲周期不一致导致的轮廓折叠失真,实现了脉冲星导航光子序列周期估计。针对在轨信号处理背景,通过采样率与分组模式的选择,确定周期估计搜索范围。通过实验对本文提出的算法进行了分析,证明该算法能够利用较少的观测信息在较低信噪比环境下实现光子序列周期的准确估计。     

利用小行星测量信息的深空探测器自主导航算法研究

提出一种利用小行星图像信息的深空探测转移轨道段自主光学导航算法.该算法首先利用导航敏感器获取含有恒星背景的多颗小行星的图像;然后通过图像处理,提取出小行星和恒星中心点对应的像素;最后利用小行星和恒星中心点的像素、探测器的惯性姿态和观测时刻的小行星星历等信息,通过引入Unscented变换的批处理最小二乘滤波估计探测器的位置和速度.以"深空一号"探测器飞行轨道为例进行数学仿真,结果表明该算法导航精度优于"深空一号"应用的批处理最小二乘滤波.     

基于图像处理的目标活动分析方法

提出了基于图像处理技术的目标活动航路分析和区域分析方法,对于稀疏航迹点通过侦察数据图像化、二值化以及图像滤波实现了目标活动航路提取,对于密集航迹点通过侦察数据热度图生成、图像去噪、图像增强实现了目标活动区域提取。使用仿真数据验证了将图像处理技术引入目标活动分析的有效性和优点。