火星图像预处理与目标提取算法研究.pdf

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1、硕士学位论文火星图像预处理与目标提取算法研究PRE-PROCESSINGOFMARSIMAGEANDRESEARCHONTARGETEXTRACTIONALGORITHM邢祺琪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V249.3学校代码：10213国际图书分类号：629.7密级：公开工程硕士学位论文火星图像预处理与目标提取算法研究硕士研究生：邢祺琪导师：李葆华副教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V249.3U.D.C:629.7Dissertati

2、onfortheMasterDegreeinEngineeringPRE-PROCESSINGOFMARSIMAGEANDRESEARCHONTARGETEXTRACTIONALGORITHMCandidate：XingQiQiSupervisor：AssociateProf.LiBaohuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degre

3、e-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要地球和火星有着许多的相似之处，而今随着深空探测的迅速发展，对火星的探索所需要的条件越来越成熟，因此各个大国对火星探测的热情空前高涨。火星探测器在深空中飞行时无法像在近地段一样获得地面设备与导航卫星的支持，只能依靠自身实现导航，故而对火星探测器的自主导航性能的要求提出了特别高的要求。本文设计导航相机为火星探测器提供导航信息。利用导航相机来获取火星图像，并对火星图像进行预处理，设计了一个算法提取出处理后的火星图像中的导航信

4、息，并将导航信息传送给导航计算机。导航相机的设计主要包括三部分：火星模拟器的设计、火星图像的预处理与压缩解码、目标提取算法的研究。由于导航相机在目标提取算法验证阶段需要拍摄大量的火星图像，但又不具备在外太空拍摄的条件，因此本文设计了火星模拟器。本文对恒星模拟算法和火星模拟算法进行了详细的介绍，其中恒星模拟算法包括恒星的位置与亮度算法，火星模拟算法包括火星的位置、大小、亮度、位置算法。本文根据恒星模拟算法和火星模拟算法，利用C++语言在VisualStudio软件中模拟出外太空的火星图像。本文在火星图像预处理阶段分析了图像噪声的来源。本文采用高斯低通器对火

5、星图像进行降噪处理，采用MSE（均方误差）对降噪效果进行量化分析。通过量化对比可以发现本文降噪方法取得了良好效果。由于模拟火星图像大小为，数据的传输与存储会耗费大量的时间，严重影响了火星目标提取算法的实时性，因此本文采用基于JPEG2000的图像压缩与解码标准对火星图像进行压缩与解码处理。在火星图像中的有效信息提取部分，本文基于最小二乘拟合法推导出了火星图像中火星形心、半径的提取公式，在提取出火星形心、半径后通过与原始模拟数据进行比对可以得出误差。本文通过MATLAB分析了100个样本的火星质心、半径误差。并绘画出100个样本的误差分布图，通过误差分布图

6、可以发现本文所提出的火星目标提取算法取得了良好的效果，可用于火星探测器在外太空的自主导航，具有相当巨大的实用价值。关键词：火星图像模拟、火星图像预处理、JPEG2000、目标提取算法。I哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTherearemanysimilaritiesbetweenEarthandMars.Withtherapiddevelopmentofdeepspaceexploration,theconditionsneededfortheexplorationofMarsbecomemoreandmoremature.Therefor

7、e,theenthusiasmofthemajorcountriesforMarsexplorationisunprecedentedlyhigh.WhentheMarsRoverfliesindeepair,itcannotobtainthesupportofgroundequipmentandnavigationsatellitesasitdoesinthenear-field,anditcanonlyrelyonitsownnavigation.Therefore,itposesaparticularlyhighchallengetotherequ

8、irementsofMarsRover’sautonomousnavigatio