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基于三次样条拟合插值的高精度质心定位方法
High Precision Centroid Location Algorithm Based on Cubic Spline Fitting and Interpolation

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刘杰 1,2   张耿 1   冯向朋 1   张智南 1   李思远 1   胡炳樑 1  
文摘 通过对质心法、曲面拟合法两类质心定位算法的优劣势进行分析,提出结合两类定位算法优势的基于三次样条拟合插值的高精度质心定位算法,并指出其实现双重定位误差抑制的原理。通过仿真实验,对比不同信噪比下传统质心法与所提算法的定位误差,发现基于三次样条拟合插值的质心定位误差均明显小于传统质心法。当信噪比为20 dB时,基于三次样条拟合插值的质心定位误差方均根误差仅为0.003 pixel。通过真实仪器测量的星点图像,再次验证了所提算法的有效性。基于三次样条拟合插值的高精度质心定位算法可有效抑制定位误差,具有较好的抗噪性,不依赖特定星点模型,适用范围较广。
其他语种文摘 In this paper, we proposed a high-precision centroid location algorithm based on cubic spline fitting and interpolation combining the advantages of centroid algorithms and surface fitting algorithms. Besides, the principle behind its double error suppression was given. The simulation showed that the location error of the proposed algorithm at different SNRs was significantly smaller than that of traditional centroid algorithms. When the SNR was 20 dB, the root-mean-square error of the proposed algorithm was only 0.003 pixel. Furthermore, the star images from real instruments verified the effectiveness of this algorithm once again. In summary, this algorithm can effectively suppress the location error and has strong noise resistance, which can be widely applied without requiring specific star models.
来源 光学学报 ,2021,41(12):1212004 【核心库】
DOI 10.3788/AOS202141.1212004
关键词 测量 ; 星点检测 ; 星敏感器 ; 质心定位 ; 双重误差抑制 ; 三次样条拟合插值
地址

1. 中国科学院西安光学精密机械研究所, 中国科学院光谱成像技术重点实验室, 陕西, 西安, 710119  

2. 中国科学院大学, 北京, 100049

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 0253-2239
学科 航空
基金 陕西省重点研发计划
文献收藏号 CSCD:7014768

参考文献 共 18 共1页

1.  潘越. 全天时星敏感器光学系统参量选择与光学设计. 光子学报,2016,45(1):0122002 CSCD被引 4 次    
2.  刘宇宸. 基于神经网络的全天时天文导航图像去噪方法. 光学学报,2019,39(6):0610003 CSCD被引 5 次    
3.  陈怀宇. 复杂动态环境下精细导星仪拖尾星斑复原方法. 光学学报,2019,39(9):0912002 CSCD被引 2 次    
4.  王海涌. 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,2009,17(7):1672-1677 CSCD被引 47 次    
5.  王敏. 基于各向异性高斯曲面拟合的星点质心提取算法. 光学学报,2017,37(5):0515006 CSCD被引 11 次    
6.  冯新星. 二维高斯分布光斑中心快速提取算法研究. 光学学报,2012,32(5):0512002 CSCD被引 23 次    
7.  曹阳. 基于星点像重采样的星敏感器高精度质心算法. 光学学报,2019,39(7):0712003 CSCD被引 8 次    
8.  王凌云. 星模拟器星点能量中心修正方法的研究. 光子学报,2016,45(2):0223001 CSCD被引 1 次    
9.  谭迪. 光学像差对星点质心定位误差的影响分析. 红外与激光工程,2017,46(2):219-225 CSCD被引 2 次    
10.  杨君. 星点质心亚像元定位的高精度误差补偿法. 光学精密工程,2010,18(4):1002-1010 CSCD被引 29 次    
11.  李朋. 加权质心法亚像元定位误差研究. 电子测量技术,2011,34(6):43-46,72 CSCD被引 7 次    
12.  张俊. 迭代加权质心法机理及多星定位误差特性研究. 光学学报,2015,35(2):0204001 CSCD被引 6 次    
13.  唐圣金. 星点亚像元定位中系统误差的改进补偿方法. 红外与激光工程,2013,42(6):1502-1507 CSCD被引 13 次    
14.  Alexander B F. Elimination of systematic error in subpixel accuracy centroid estimation. Optical Engineering,1991,30(9):1320-1330 CSCD被引 19 次    
15.  Rufino G. Enhancement of the centroiding algorithm for star tracker measure refinement. Acta Astronautica,2003,53(2):135-147 CSCD被引 39 次    
16.  王洪涛. 一种改进的星点质心算法. 光电工程,2009,36(7):55-59 CSCD被引 10 次    
17.  Bertolazzi E. Point data reconstruction and smoothing using cubic splines and clusterization. Mathematics and Computers in Simulation,2020,176:36-56 CSCD被引 3 次    
18.  谭文. 基于三次样条插值函数的3D激光图像去噪算法研究. 中南大学学报(自然科学版),2020,51(9):2496-2503 CSCD被引 6 次    
引证文献 2 篇

1 杨永兴 基于高精度抖动补偿系统的星模拟技术 光学学报,2022,42(18):1812005
CSCD被引 0 次

2 陈昊 基于混合卷积窗的激光多普勒信号处理研究 激光与光电子学进展,2023,60(17):1714008
CSCD被引 0 次

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