[發(fā)明專利]一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310013831.8
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103093463A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁萌;魏麗;王西超;曹云峰;吳慶憲
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于屬于航天信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體指的是一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法。

背景技術(shù)

隕石坑又稱隕石沖擊坑，是隕石體高速撞擊地表或其他天體表面所形成的坑穴，大的隕石坑又稱環(huán)形山。隕石坑一般呈圓形構(gòu)造，大多數(shù)隕石坑都保存有較好的坑唇，即環(huán)形山坑緣。隕石坑是包括月球、火星等星球表面最常見的地質(zhì)形態(tài)，具有分布廣、面積大、圖像特征明顯等特點。當(dāng)前，隨著探索宇宙步伐的深入和加速，人類已經(jīng)掌握了由探測器、軌道衛(wèi)星所攜帶的CCD攝像機拍攝并傳回大量的月球、火星等表面的灰度圖像，利用這類圖像研究隕石坑的分布、大小和范圍等意義重大：首先，通過研究隕石坑的大小和分布情況可以確定星球表面該地區(qū)的地質(zhì)年齡，了解該星球表面的地質(zhì)活動情況，分析該星球表面的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素構(gòu)成等；其次，通過隕石坑檢測技術(shù)，可以對當(dāng)前正在建設(shè)過程中的各星球表面特征數(shù)據(jù)庫起到相當(dāng)?shù)耐苿幼饔茫蛔詈螅E石坑作為探測器著陸需要規(guī)避的障礙物之一和視覺導(dǎo)航的重要地面標志物，研究隕石坑檢測算法對實現(xiàn)探測器在星球表面安全自主著陸有著重要意義。

正是由于隕石坑檢測的重要性，近年來，各國學(xué)者紛紛致力于研究從圖像中自主檢測隕石坑的方法，總結(jié)現(xiàn)有的隕石坑檢測方法，大體上可以分為非監(jiān)督檢測方法，監(jiān)督檢測方法和組合式檢測方法三類。其存在的主要不足如下：

①在周圍地形相對簡單的情況下，基于邊緣信息的非監(jiān)督檢測算法特別適用于較大的隕石坑的檢測，但是該類方法隨著隕石坑分布密集程度的加深，其檢測成功率會迅速下降；

②監(jiān)督算法僅適用于較小的隕石坑檢測；

③無論是非監(jiān)督檢測方法，監(jiān)督檢測方法還是組合式檢測方法，均沒有在檢測隕石坑前對隕石坑進行初步的定位，以提高檢測的速度。

探測器著陸過程中隕石坑檢測的特點如下：

①在探測器著陸區(qū)域中，隕石坑區(qū)域占整個圖像區(qū)域的比例較小；

②作為障礙物的隕石坑，其邊緣特征明顯，邊緣模糊的隕石坑對探測器著陸不構(gòu)成威脅；

③就單個隕石坑而言，在灰度圖上呈圓狀，內(nèi)部可以明顯地分為亮區(qū)域和暗區(qū)域。

Bandeira邊緣檢測是Bandeira等人于2006年首先提出的，其主要是利用隕石坑區(qū)域內(nèi)部圖像具有明顯的明暗變化的結(jié)構(gòu)特點，完成隕石坑邊緣的檢測和增強，其算法的計算量較大。

傳統(tǒng)Hough變換在橢圓擬合中的參數(shù)高維性帶來了巨大計算量，弦中點Hough變換建立在以下原理的基礎(chǔ)上：平面上一點，如果任意通過該點的橢圓的弦被該點平分，則該點為橢圓的中心。利用這一原理，弦中點Hough變換首先提取出圓（橢圓）的中心點，以達到降維的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對探測器著陸過程中隕石坑檢測的特點，給出一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法，所述隕石坑檢測方法步驟如下：

步驟A，隕石坑候選區(qū)域確定

所述隕石坑候選區(qū)域確定就是在整個待檢測圖像范圍內(nèi)，提取出包含至少一個隕石坑的子區(qū)域；將原圖像分成若干個區(qū)域，去除不包括隕石坑的平整區(qū)域，將包含隕石坑的區(qū)域單獨提取出來；在提取出的區(qū)域內(nèi)進行隕石坑檢測；

步驟B，隕石坑區(qū)域初提取

首先對每一個隕石坑候選區(qū)域通過Bandeira邊緣檢測和去噪處理獲取隕石坑候選區(qū)域的二值邊緣圖像，利用基于亮、暗邊緣的弦中點Hough變換的方法，通過圓形對每個隕石坑邊緣進行擬合，得到每個隕石坑的中心點坐標和半徑；

步驟C，隕石坑確定

根據(jù)擬合出的隕石坑中心點坐標和半徑參數(shù)，獲取每一個隕石坑正方形區(qū)域，利用模板匹配的方法進行隕石坑確定。

所述步驟A隕石坑候選區(qū)域確定的步驟如下：

步驟A-1，計算圖像中每一個像素點處x和y方向上的梯度；

其計算公式為：