夏克-哈特曼传感器的质心偏移估计精度受噪声的影响非常大，在传统质心法(CoG)中尤为突出，因而阈值的选取十分重要。本文提出了一种基于统计排序的局部自适应阈值分割方法，并与传统的全局阈值法进行对比，发现自适应的局部阈值能够更加有效地分割出阵列光斑，从而减小背景噪声对质心估计的影响，降低波面复原误差。本文通过静态相差的测量实验，从质心偏移估计的精度和波前复原精度两个方面进行分析，验证了该方法的有效性。另外，本文发现自适应阈值结合灰度加权的质心提取方法，是对传统质心法的较好改进，可以有效提高峰值信噪比大约10～40的光斑质心提取精度。

条纹阵列探测激光雷达具有测距精度高、作用距离远、探测景深宽和数据更新率高等显著优点, 已被广泛应用于地形测绘、海岸带监测、城市三维重构、森林生态研究等领域中。传统的信号鉴别方法在回波信号距离提取过程中存在一定的局限性, 影响了条纹阵列探测激光雷达的距离分辨能力和目标识别能力。针对这一问题在处理条纹图像时引入了一种迭代加权质心算法, 讨论了该算法在质心定位中的独特优越性, 结合条纹阵列探测激光雷达的信号分布特征确定了该算法中关键参数的选取。利用该算法在1.4 km的作用距离下获得了具有清晰边界特征的目标距离像, 有效抑制了距离提取过程中产生的边界模糊效应, 显著提升了系统的细节分辨能力, 相比于传统的质心算法, 测距精度提高了17%。

简述了空间激光通信中精跟踪系统的组成和控制结构，分析了捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器使用质心算法进行信标光斑定位时的误差来源，对精跟踪探测器信标光斑定位过程进行傅里叶频域分析.推导得到消除质心算法系统误差的理论方案，即信标光波长和精跟踪系统的F数乘积需大于精跟踪探测器的像元尺寸.分析了精跟踪系统实现过程中关键参数的选取过程，结合精跟踪系统的系统参数耦合关系，为了不损失精跟踪视场，在精跟踪探测器镜头前添加孔径光阑进行精跟踪系统优化，以消除精跟踪探测器光斑定位时的系统误差.理论计算和实验证明：当孔径光阑的直径小于9.32 mm时，精跟踪系统的相对孔径小于0.045，精跟踪误差仅为0.03 pixel，相比优化前的精跟踪系统，跟踪精度提高了1.9倍.

扩展目标夏克-哈特曼波前传感器子图像之间偏移量的计算是影响波前传感精度的关键,通常采用相关算法来实现,并通过抛物线插值等方法来达到亚像元精度。子图像相对偏移量的计算也可以采用计算相关函数质心的方法来实现,其主要步骤是先计算子图像间的相关函数,在此基础上计算相关函数的质心,达到亚像元精度。通过仿真研究表明这种算法的精度与进行相关运算时的图像大小、计算质心时的相关函数窗口大小以及相关函数阈值的设定有关;同时,图像的信噪比也会影响算法的精度。研究表明,图像的信噪比小于1时,质心算法的计算误差相对较大;当图像的信噪比高于2时,相关函数质心算法的误差大约是抛物线插值法误差的一半。实验结果与仿真结果也基本吻合。

捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器在不同噪声下对精跟踪系统进行光斑位置定位的影响不同。分析了探测器条状噪声的来源, 理论推导了条状噪声对质心算法的影响。采用阈值质心算法对含有条状噪声和椒盐噪声的图像进行光斑定位, 仿真分析了不同阈值、不同光斑图像信噪比下X轴和Y轴的光斑定位偏差, 对比了X轴和Y轴的光斑定位精度。仿真结果表明, 沿Y轴方向延伸的条状噪声使得X轴光斑定位精度优于Y轴。实验分别测试了不同系统配置、不同干扰幅度下精跟踪系统X轴和Y轴的跟踪精度。实验结果表明, 对于两个正交轴对称的精跟踪系统, X轴的跟踪精度优于Y轴, 从而验证了条状噪声的存在使得X轴的光斑定位精度优于Y轴的结论, 实验结果和仿真分析结果相符。

为保证大口径望远镜主镜在加工、镀膜和装调过程中的径向公差要求, 提出一种基于图像处理的实时检测大口径望远镜主镜径向偏心误差的方法, 利用光学成像系统对沿轴线运动的主镜的内孔和固定于主镜支撑结构底座的参考孔进行成像, 通过边缘提取和质心算法计算主镜相对于支撑结构的径向偏心误差。经实验验证, 该方法可实现对主镜径向偏心误差的实时测量, 且测量精度满足主镜的径向公差要求。

随着科学技术的迅速发展,人们对信息量的需求不断增大。空间激光通信因其具有通信速率高、通信束散角小、 安全保密性高等众多优点,受到越来越广泛的应用。在空间激光通信系统中,天空背景辐射 是影响系统性能的主要背景噪声。强天空背景条件下,粗跟踪光斑的提取成为了影响粗跟踪精度的主要难点。 首先介绍了几种抑制天空背景光的方法,如采用原子滤光片、减小接收机口径等。在实验条件下,采 取Otsu阈值处理和质心算法对粗跟踪光斑进行处理,分析天空背景光对粗跟踪成像光斑的影响。实验结果表明, 在天空背景光影响下,这种Otsu阈值处理方法能够准确提取成像光斑,可以有效提高粗跟踪精度。

为实现空间飞行器在高目标星等、像移和光学系统像差等因素影响下的高精度星点定位，提出了一种自适应加权质心细分定位算法。基于最大似然估计推导、建立数学模型并进行仿真实验。结果表明，与质心法、加权质心法及高斯拟合法等传统星点定位算法相比，提出的算法定位精度提高了50%以上，且具有良好的收敛速度，经过5次迭代后，质心定位误差相对较稳定，可以满足实际应用中对实时性的要求。

为了提高大靶面交汇测量系统的测量准确度，分析了交汇测量原理，推导出脱靶量坐标公式.根据脱靶量公式分析其各项参量，利用几何关系建立像元坐标与偏移角度之间的映射模型.根据映射模型，利用光栅尺设计了一种针对线阵相机的标定方法，该方法不考虑相机参量，将整个光学系统看作一个整体，基于整体参量直接对像元坐标和它所对应的偏移角进行标定.实验结果表明，标定后的交汇测量系统在1.4 m处的平均测量误差为0.4 mm，最大测量误差优于0.6 mm.该方法简单高效，可提高系统标定的速度，且标定误差满足系统交汇测量准确度的要求.

为了优化无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)中的定位算法，提高节点定位精度，提出一种基于多边定位误差的加权质心算法。分析了无线电的路径损耗模型，建立基于信号接收强度(Received Signal Strength Indicator，RSSI)和距离关系的对数拟合测距公式，给出了求解未知节点坐标的多边定位法和位置估算模型。多组数据定位后，以定位误差值的倒数作为权值，改进传统的质心算法，并讨论了参考点个数的选取与误差的关系。实验表明：改进后的加权质心比传统质心定位精度进一步提高，选择4~5个参考节点具有良好的定位效果。