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基于Kittler最小误差分割算法的小视场星图分割

时春霖,杨培章,张超,杜兰,叶凯,范承啸,李建,祖安然

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时春霖, 杨培章, 张超, 杜兰, 叶凯, 范承啸, 李建, 祖安然. 基于Kittler最小误差分割算法的小视场星图分割[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(1): 168-175. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190841
引用本文: 时春霖, 杨培章, 张超, 杜兰, 叶凯, 范承啸, 李建, 祖安然. 基于Kittler最小误差分割算法的小视场星图分割[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2021, 56(1): 168-175.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190841
SHI Chunlin, YANG Peizhang, ZHANG Chao, DU Lan, YE Kai, FAN Chengxiao, LI Jian, ZU Anran. Segmentation of Small-Field-of-Viewstar Images Based on Kittler Minimum Error Algorithm[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 168-175. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190841
Citation: SHI Chunlin, YANG Peizhang, ZHANG Chao, DU Lan, YE Kai, FAN Chengxiao, LI Jian, ZU Anran. Segmentation of Small-Field-of-Viewstar Images Based on Kittler Minimum Error Algorithm[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2021, 56(1): 168-175.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190841

基于Kittler最小误差分割算法的小视场星图分割

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20190841
基金项目:国家自然科学基金(41604011,41774038,41804034,41704006)
详细信息
    作者简介:

    时春霖(1990—),男,工程师,研究方向为天文大地测量和图像识别处理,电话:15303727097,E-mail:1361972952@qq.com

    通讯作者:

    张超(1972—),男,教授,博士,研究方向为天文大地测量,E-mail:zhangchao1972@163.com

Segmentation of Small-Field-of-Viewstar Images Based on Kittler Minimum Error Algorithm

    • 摘要:小视场星图易受光照不均和噪声影响,常用阈值分割算法存在处理效果不佳或效率较低的不足. 针对星图灰度的高斯分布特征,基于贝叶斯最小误差理论,提出利用Kittler最小误差分割算法处理小视场星图. 以视频测量机器人为测量平台,以 "优度法"、区域一致性、区域对比度和时间复杂度为评价指标,对比了常用的阈值分割算法和一维最大熵法,验证了Kittler算法在确保星图良好分割的同时,星图处理效率可以提高70%左右. 基于半仿真星图和真实星图的室内试验表明,Kittler算法可以准确提取星点质心坐标,水平和垂直方向均方根误差分别为0.025像素和0.019像素;采用该算法的野外天文定位实测表明,经纬度内符合平均精度分别优于0.015 s和0.22″,外符合精度分别优于0.025 s和0.35″,可以满足一等天文测量的精度要求.

    • 图 1分割效果的对比

      Figure 1.Contrast of image segmentation

      图 2试验星图

      Figure 2.Experimental star maps

      图 3算法误差分布

      Figure 3.Algorithm error profile

      表 1星图阈值分割算法效果评价

      Table 1.Resultevaluation of star image threshold segmentation algorithms

      项目 局部阈值法 全局阈值法
      Bernsen算法 Niblack算法 迭代法 Otsu算法 一维最大熵 Kittler算法
      区域一致性 0.9969 0.9979 0.9981 0.9983 1.0000 1.0000
      区域对比度 0.0452 0.2133 0.2199 0.2175 0.3494 0.3688
      时间复杂度 $O({n^2})$ $O({n^2})$ $O(n)$ $O(n)$ $O(n\log \;n)$ $O(n)$
      处理时间/s 22.394 770.592 17.052 19.385 77.037 17.428
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      表 2星点提取精度误差表

      Table 2.Errors of star extraction accuracy

      图号 一维最大熵法 Kittler算法 $\Delta x$ $\Delta y$
      x y x y
      1 1266.588 992.759 1266.453 992.682 0.136 0.077
      2 1259.350 964.614 1259.418 964.593 −0.068 0.021
      3 1186.383 1005.017 1186.308 1005.155 0.075 −0.138
      4 1258.316 793.991 1258.277 793.930 0.038 0.061
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      表 3野外天文测量精度指标

      Table 3.Accuracy index of astronomical survey

      经纬度 一等 二等 三等
      纬度/(") 0.30 0.50 1.00
      经度/s 0.02 0.04 0.08
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      表 4内符合精度

      Table 4.Internal accordant accuracy

      经度 纬度
      项目 值/s 项目 值/(″)
      最大值 ±0.017 最大值 ±0.26
      最小值 ±0.010 最小值 ±0.16
      平均值 ±0.012 平均值 ±0.20
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      表 5外符合精度

      Table 5.External accordant accuracy

      经度 纬度
      项目 值/s 项目 值/(″)
      最大差值 0.038 最大差值 0.52
      最小差值 0.001 最小差值 0.02
      RMSE 0.023 RMSE 0.33
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      表 6野外实测结果

      Table 6.Fieldtest results

      测站号 时段号 经度/s 纬度/(″) 经度中误差/s 经度真误差/s 纬度中误差/(″) 经度真误差/(″)
      A 1 **.4906 **.7465 0.014 0.038 0.170 0.087
      2 **.4797 **.6368 0.011 0.027 0.185 −0.023
      B 1 **.6291 **.6844 0.010 −0.025 0.215 0.464
      2 **.6438 **.3932 0.015 −0.011 0.159 0.173
       注:**表示坐标的整数部分.
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    出版历程
    • 收稿日期:2019-09-03
    • 修回日期:2020-01-15
    • 网络出版日期:2020-04-07
    • 刊出日期:2021-02-01

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