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移位相加法日间探测低信噪比恒星

王昊京 吴量 王建立 张世学 杨轻云

王昊京, 吴量, 王建立, 张世学, 杨轻云. 移位相加法日间探测低信噪比恒星[J]. 中国光学, 2016, 9(4): 405-414. doi: 10.3788/CO.20160904.0405
引用本文: 王昊京, 吴量, 王建立, 张世学, 杨轻云. 移位相加法日间探测低信噪比恒星[J]. 中国光学, 2016, 9(4): 405-414. doi: 10.3788/CO.20160904.0405
WANG Hao-jing, WU Liang, WANG Jian-li, ZHANG Shi-xue, YANG Qing-yun. Low SNR star detection by shift-and-add method in daytime[J]. Chinese Optics, 2016, 9(4): 405-414. doi: 10.3788/CO.20160904.0405
Citation: WANG Hao-jing, WU Liang, WANG Jian-li, ZHANG Shi-xue, YANG Qing-yun. Low SNR star detection by shift-and-add method in daytime[J]. Chinese Optics, 2016, 9(4): 405-414. doi: 10.3788/CO.20160904.0405

移位相加法日间探测低信噪比恒星

doi: 10.3788/CO.20160904.0405
基金项目: 

国防科技创新基金资助项目 No.CXJJ-10-M53

详细信息
    通讯作者:

    王昊京(1983-),男,河南郑州人,助理研究员,2007年于吉林大学获得学士学位,2012年于中国科学院长春光学机密机械与物理研究所获博士学位,主要从事图像处理、辐射测量、导航等方面的研究。E-mail:wanghaojing@vip.qq.com

  • 中图分类号: TP394.1;TH691.9

Low SNR star detection by shift-and-add method in daytime

Funds: 

National Defense Science and Technology Innovation Fund Project No.CXJJ-10-M53

More Information
  • 摘要: 为实现白天红外光电测量系统对低信噪比恒星的质心及能量高精度计算,本文给出一种高效的方法。首先,分析了红外光学系统白天恒星的成像特征。其次,先对采集的图像序列进行预处理操作得到预处理图像。接着对预处理图像序列执行叠加求均值和下采样操作得到下采样图像。在下采样图像中以亮度为特征求取恒星的疑似位置后,在预处理图像序列上建立与疑似位置相对应的目标区域,在目标区域内顺序求取质心序列。对目标区域的图像序列以质心偏移为基础进行移位相加后获取目标图像。在目标图像上以信噪比为判据完成恒星提取,以及质心和能量的计算。再次,分析指出此方法能增强目标信噪比的原理,并给出其适用范围以及相关参数的确定方法。最后通过实验表明,采用移位相加法可增强目标的信噪比,并提高提取正确率;且对于SNR不大于4.8的恒星可将其质心和能量计算精度平均提高0.06 pixel和28.5%。移位相加法对低信噪比的恒星可较为精确地计算其质心和能量。
  • 图  1  目标和背景区域标记

    Figure  1.  Target and background regions′ notation

    图  2  子图像SubIi-1平移前后与子图SubIi的位置关系

    Figure  2.  Position relationship between before and after translation

    图  3  仿真生成的不同信噪比星点

    Figure  3.  Different SNR star points produced by simulation

    图  4  移位相加法信噪比的提升倍数

    Figure  4.  SNR improvement by the shift-add method

    图  5  移位相加法与原图上直接求取的SNR′的比值

    Figure  5.  SNR′ ration with the shift-add method and direct method which got SNR′ in a preprocessed image

    图  6  移位相加法质心提高的数值

    Figure  6.  Centroid accuracy improved by shift-add method

    图  7  移位相加法对能量误差比率减小的数值

    Figure  7.  Energy error ratio reduced by shift-add method

    图  8  中波相机放置在1.23 m望远镜的轴头上

    Figure  8.  MIR camera placed in a 1.23 m telescope axis head

    表  1  移位相加法的结果

    Table  1.   Results obtained with shift-add method

    SNR提取率(均值)/%SNR′(均值)质心误差PtErr(pixel) 能量误差比率EgErr/%
    0.619281.230.87971.50
    0.975881.390.53724.90
    1.331991.660.39511.90
    1.6871002.100.29312.10
    2.0431002.400.2217.30
    2.3991002.740.1755.10
    2.7551003.080.1614.00
    3.1111003.490.1372.50
    3.4671003.800.1240.30
    3.8231004.210.1042.00
    4.1791004.550.1061.60
    4.5351005.010.0891.70
    4.8921005.270.0760.40
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    表  2  在预处理过的图像直接求取的结果

    Table  2.   Results acquired in the pre-processed images

    SNR提取率(均值)/%SNR′(均值)质心误差PtErr(pixel) 能量误差比率EgErr/%
    0.61921.070.971148.29
    0.97591.120.66472.25
    1.331111.070.52364.98
    1.687381.150.36948.19
    2.043691.210.29533.29
    2.399911.280.25428.93
    2.7551001.420.20126.01
    3.1111001.570.16220.44
    3.4671001.780.15018.53
    3.8231001.850.12215.15
    4.1791002.000.11315.07
    4.5351002.130.10313.39
    4.8921002.200.08910.78
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    表  3  白天移位相加法提取的信噪比结果

    Table  3.   SNR results of the shift-add method in daytime experiment

    SNR′2提取率(均值)/%SNR′1SNR′1/SNR′2
    1.531003.212.10
    1.931004.272.21
    2.151004.972.31
    2.331005.122.19
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    表  4  质心提取的对比实验结果

    Table  4.   Contrast experiment results of centroid extraction

    SNR′12/pixelμ1/pixel
    3.210.1570.193
    4.270.1120.123
    4.970.0940.110
    5.120.0810.970
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-03-24
  • 修回日期:  2016-04-28
  • 刊出日期:  2016-08-01

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