[發明專利]基于高程值的遙感器自動篩選安全區域的3D避障方法與裝置

有效

• 申請號: 201410557659.7
• 申請日: 2014-10-20
• 公開（公告）號: CN104361576B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 孫權森;王立;沈肖波;季鴻坤;牛四杰
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/136
• 分類號: G06T7/136
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及指導遙感器在軌自動篩選安全區域的方法，尤其涉及基于高程值的遙感圖像安全點與障礙點判斷，屬于遙感圖像處理技術領域。

背景技術

探測器著陸點選擇的優劣直接關系到探測器能否安全降落。探測器在火星、小行星等目標天體上實現采樣返回是當前以及今后深空探測的熱點。火星極地登陸器(MPL)任務失敗后，研究人員對著陸避障系統的魯棒性再度給予了高度的重視。對于著陸區域的選擇通常是由地面系統根據探測器拍攝的圖片，綜合安全性、燃料消耗情況以及科學探索價值來選擇的，而其中安全性是最為重要的方面。一旦探測器撞到巖石，降落在彈坑邊緣或其他障礙區域，可能直接導致探測任務的失敗。對于著陸階段，由于時間短，依靠地面通訊不能滿足實時性安全著陸的需求，因此需要探測器具有較強的障礙檢測及自主避障的能力。

目標天體的地表障礙主要是彈坑、巖石、斜坡等。對于斜坡的檢測很多參考文獻已有介紹；而彈坑具有比較規則的幾何形狀，Bertrand Leroy等人提出基于邊緣檢測用橢圓擬合彈坑形狀的算法，但這種方法對多個彈坑重疊的情況并不適用；對于巖石的檢測，Ma等人提出了邊緣光流算法，該算法是基于紋理的圖像分割，光照影響較大；Gor等人提出基于Gabor filter的算法，但算法復雜，運算量較大。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的不足，提供一種基于高程值的遙感器自動篩選安全區域的3D避障方法與裝置，利用基于高程值的遙感圖像安全點與障礙點判斷，從而實現安全區域的實時選取功能。

本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種基于高程值的遙感器自動篩選安全區域的3D避障方法，包括以下步驟：

步驟1、對于一著陸區域，設定該著陸區域的安全區數目N和獲取地形高程數據，并依據高程數據對該著陸區域內的所有點進行自小到大的排序；

步驟2、設定該著陸區域內最大的p個值和最小的p個值為野點，即障礙點，并將剩余的點根據高程數據值劃分為c個區間，每個區間內的點的最大高程值與最小高程值的差值均相同；

步驟3、設定比率閾值η，將包含像素點數目N1與遙感圖像像素點總和N2的比率大于閾值η的區域設定為安全點區域，其余的區域都設為障礙點區域；

步驟4、對于給定大小為2r的著陸區域大小，r為著落區域半徑且為正整數，依次對遙感圖像進行遍歷，統計當前遍歷區域的障礙點數目，最后依據包含障礙點的數目自小到大對所有區域進行排序，組成候選安全區域列表，設置列表指針i＝0；

步驟5、i＝i+1，取候選安全區域列表中的第i個區域；

步驟6、判斷當前所選區域是否滿足距離約束，若是則轉到第7步，否則返回第5步；

步驟7、將選取區域加入安全著陸區域集合，判斷集合內的區域數目是否小于設定的安全區數目N，若是則返回第5步，否則結束并輸出所得的N個安全區域。

進一步的實施例中，前述步驟6中，距離約束是指當前所選的區域與安全著陸區域集合內的已有區域之間的距離關系，即當前所選的區域與已有區域之間的水平方向和豎直方向之間的距離均大于設定的距離閾值d，則判定為滿足距離約束。

進一步的實施例中，還包括以下步驟：

設置距離閾值d滿足：

d≥r。

進一步的實施例中，前述方法還包括：

設置前述比率閾值η滿足：

0.15≤η≤0.2。

進一步的實施例中，前述方法還包括：

對于256*256的遙感地形數據，設置前述p的取值為150，且區間個數c的取值為9；以及

設置前述著落區域半徑r的取值為40，d的取值為60。

根據本發明的改進，還提出一種基于高程值的遙感器自動篩選安全區域的3D避障裝置，包括：

用于對于一著陸區域設定該著陸區域的安全區數目N和獲取地形高程數據，并依據高程數據對該著陸區域內的所有點進行自小到大的排序的第一模塊；

用于設定該著陸區域內最大的p個值和最小的p個值為野點，并將剩余的點根據高程數據值劃分為c個區間的第二模塊，其中，每個區間內的點的最大高程值與最小高程值的差值均相同；

用于設定比率閾值η并將包含像素點數目N1與遙感圖像像素點總和N2的比率大于閾值η的區域設定為安全點區域，將其余的區域都設為障礙點區域的第三模塊；