[發明專利]一種用于深空探測自主導航的目標天體圖像晨昏線判斷方法

有效

• 申請號: 201210409052.5
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102944239A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 王立;周建濤;余成武;王大軼;黃翔宇
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G06T7/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明涉及一種用于深空探測自主導航的目標天體圖像晨昏線判斷方法，屬于空間光學成像敏感器領域。

背景技術

在奔火、環火弧段均需要對火星等其他深空探測目標進行拍照并確定火星矢量指向。由于太陽光照、軌道位置等制約火星圖像將出現類似月球的晨昏線，此時用于火星中心矢量擬合的點若使用了晨昏線點將直接影響到定位精度，必須在擬合過程中判斷出晨昏線點并且進行排除，因此必須設計晨昏線判斷方法。文獻1，李正，晨昏線的判定，中學政史地：教學指導版，2011(5)，對晨昏線的概念、特點、分類、運動規律進行了描述和說明，但未對晨昏線成像模型及識別方法進行研究；文獻2，楊艷華，巧用晨昏線判斷太陽直射點，新課程(中學版)，2010(3)，針對地球晨昏線的位置特點，研究了太陽直射地球緯度的確定方法。

上述文獻均未解決從成像角度進行晨昏線的識別與判斷問題，無法用于深空探測成像敏感器目標天體中心矢量的測量。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足之處，提供一種用于深空探測自主導航的目標天體圖像晨昏線判斷方法，解決了深空探測目標天體中心矢量高精度測量問題。

本發明技術方案：一種用于深空探測自主導航的目標天體圖像晨昏線判斷方法，實現步驟為：

(1)目標天體圖像的邊緣提取，使用傳統邊緣算子法進行邊緣點提?。?/p>

(2)計算天體圖像360°所有邊緣點的梯度大??；

(3)從0°開始以90°弧段為單位，每間隔30°進行一次弧段選擇，并計算該90°弧段內所含有邊緣點梯度大小的均值，對所有弧段進行梯度均值排序，選擇均值最小的弧段作為晨昏線候選弧段，同時將晨昏候選弧段正的90°弧段選擇為邊緣候選弧段；

(4)對上述晨昏候選弧段、邊緣候選弧段分別進行圓擬合，若晨昏候選弧段擬合中心與邊緣候選弧段擬合中心位置的偏差小于等于設定閾值(一般選擇為0.2～3個像元)，則說明目標天體成像中沒有晨昏線，將目標天體圖像360°所有邊緣點進行重新擬合得到最終的目標天體圖像中心位置；若晨昏候選弧段擬合中心與邊緣候選弧段擬合中心位置的偏差大于設定閾值(一般選擇為0.2～3個像元)，則進行所述圓擬合誤差比較，若晨昏線候選弧段圓擬合誤差大于邊緣候選弧段圓擬合誤差，則說明目標天體圖像存在晨昏線且位置在候選弧段附近，此時將邊緣候選弧段在起始端點、終止端點分別延伸30°將原來90°弧段延長形成150°的邊緣點重新進行擬合得到最終的目標天體圖像中心位置；若晨昏線候選弧段圓擬合誤差小于等于邊緣候選弧段圓擬合誤差，則轉入步驟(5)進行晨昏線補充判斷；

(5)晨昏線補充判斷，按照步驟(3)的弧段劃分方法，以90°弧段為單位，進行所有弧段進行圓擬合并記錄擬合誤差，擬合輸出中心位置點坐標(X_i，Y_i)，對XY坐標分別進行排序選擇中間值(X_m，Y_m)設為O點，距離O點最遠的輸出中心位置點(X_j，Y_j)對應的擬合弧段為晨昏候選弧段，選擇其正對的弧段為邊緣候選弧段，將邊緣候選弧段在起始端、終止端分別擴張30°形成150°的邊緣點重新進行擬合得到最終的目標天體圖像中心位置。

所述步驟(2)中計算天體圖像360°所有邊緣點的梯度大小如下：

Gradx(x,y)＝f(x+λ,y)+f(x+λ-1,y)+…+f(x,y)-[f(x-1,y)+f(x-2,y)+…+f(x-λ,y)]

Grady(x,y)＝f(x,y+λ)+f(x,y+λ-1)+…+f(x,y)-[f(x,y-1)+f(x,y-2)+…+f(x,y-λ)]

Grad＝sqrt(Gradx²+Grady²)

其中Gradx代表X方向梯度，Grady代表Y方向梯度，Grad代表總梯度大小，f(x，y)代表圖像中(x，y)像素灰度，x為天體圖像橫坐標、y為天體圖像縱坐標，上述λ代表梯度計算長度取值為3～5，sqrt為求均方符號。

本發明與現有技術相比的優點為：

(1)空間目標的晨昏線若不進行判斷并剔除則將直接影響目標天體圖像中心位置的擬合精度，本發明解決了行星際探測中目標天體晨昏線判斷的問題，通過晨昏線判斷找到真正的邊緣點進行目標天體中心位置擬合，提升了天體圖像目標中心的定位精度(由1°誤差提高提升到0.05°)。