[發明專利]一種用于深空探測自主導航的目標天體亞像素圖像快速邊緣定位方法

有效

• 申請號: 201210409261.X
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102927973A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 王立;梁瀟;吳奮陟;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: G01C11/04
• 分類號: G01C11/04
• 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亞像素圖像快速邊緣定位方法，屬于空間光學成像敏感器。

背景技術

在深空探測中需要對火星等其他天體目標進行拍照并確定目標天體中心位置。繼承紫外月球敏感器的圖像處理算法，利用目標天體圖像邊緣點的擬合來實現精確的中心定位，因此邊緣點的定位精確性將直接影響到目標天體中心位置的確定精度。因此，深空探測敏感器提升精度的方式之一就是提高邊緣點的定位精度。文獻1，劉力雙，張銚，盧慧卿，圖像的快速亞像素邊緣檢測方法，光電子激光，2005(8)，使用Sobel算子進行邊緣粗定位然后使用最小二乘擬合算法確定亞像素位置，但未能考慮到梯度方向導致精度不足；文獻2艾澤潭，石庚辰，代俊，微零件圖像亞像素邊緣定位算法，北京理工大學學報，2011(3)，二值化后使用插值方法確定亞像素邊緣位置，該方法適用于二值圖而不是空間灰度圖；文獻3，屈玉福，浦昭邦，王亞愛，視覺檢測系統中亞像素邊緣檢測技術的對比研究，儀器儀表學報2003(z1)，綜述了插值法、空間矩、最小二乘的亞像素定位方法，上述方法計算量偏大。

已有文獻均無法解決空間天體目標高速高精度的亞像素邊緣定位問題。

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亞像素圖像快速邊緣定位方法，解決了深空探測目標天體中心矢量快速、高精度測量問題。

本發明技術解決方案：一種用于深空探測自主導航的目標天體亞像素圖像快速邊緣定位方法，實現步驟為：

一種用于深空探測自主導航的目標天體亞像素圖像快速邊緣定位方法，其特征在于實現步驟為：

(1)目標天體圖像的邊緣提取，使用閾值法進行目標天體圖像分割得到目標成像區間(x1～x2，y1～y2)，x代表橫坐標、y代表縱坐標，從x1開始進行橫向切線，第一條切線為x1，第二條切線為x1+d一直到x2；縱向切線從y1開始，按照d間隔進行縱向切線；橫向、縱向切線與目標的交點為邊緣點，每一個切線對應2個邊緣點，邊緣點記為f(x，y)，f代表輸入的圖像陣列灰度；

(2)對步驟(1)得到的目標成像區間計算中心位置：

x0＝(x1+x2)/2??y0＝(y1+y2)/2

對步驟(1)輸出的邊緣點坐標f(x，y)，按照如下公式計算極坐標：

ρ=(x-x0)2+(y-y0)2]]>θ＝atg(y-y0/x-x0)

得到目標天體邊緣點極坐標表示f(ρ，θ)，ρ代表極徑、θ代表角度；

(3)計算f(ρ，θ)兩側的點f(ρ-1，θ)、f(ρ+1，θ)共3點的梯度值，梯度計算如下：

Grad(ρ,θ)＝f(ρ+λ,θ)+f(ρ+λ-1,θ)+…+f(ρ,θ)-[f(ρ-1,θ)+f(ρ-2,θ)+…+f(ρ-λ,θ)]

其中Grad代表梯度，λ代表梯度計算長度，其中f(ρ，θ)與f(x，y)對應的位置坐標如下計算：

x＝ρ·cos(θ)??y＝ρ·sin(θ)

得到x，y坐標值，若出現小數則按照四舍五入原則進行取整；

(4)最優亞像素位置計算輸出，按照以下公式輸出