[發明專利]一種深空球形目標被動測距方法

有效

• 申請號: 201910023226.6
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109631912B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 傅景能;李強;韓維強;馬毅飛;梁波
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24;G01C21/20;G01C3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種深空球形目標被動測距方法，其特征在于：該方法步驟如下：

步驟1、光學觀測相機的光學系統參數標定，包括焦距、主點位置和畸變，并對畸變進行補償；

步驟2、對目標進行成像，并進行圖像分割和邊緣提??；

步驟3、初始化目標輪廓點集合為目標二值化提取的所有邊緣點Ω₀＝Ω_all，陽照區為平面全集設置擬合圓方程的點集Ω＝Ω₀∩Ω_s，迭代次數k＝0；

步驟4、將擬合圓方程的點集Ω帶入擬合的圓方程：

其中，N＝#{(x_i,y_i)∈Ω}為點集Ω的元素數目，(x_i,y_i)分別表示第i個輪廓坐標點的行坐標和列坐標，a,b,c為輪廓擬合圓方程的參數，通過線性擬合算法求解圓參數：

其中，a^*,b^*,c^*為輪廓擬合圓方程的最佳參數；

分別對圓參數變量a,b,c求導數，并令其為零，化簡寫為矩陣形式：

其中，Σ表示對屬于點集Ω的元素進行求和；

對矩陣求逆，得到輪廓擬合圓方程的最佳參數a^*,b^*,c^*：

最后，得到擬合圓的圓心半徑為

步驟5、如果k1,關閉陽照區識別步驟，不再更新陽照區參數，轉入步驟4；否則按照擬合圓圓心以極坐標形式將探測器平面平均劃分為9個區域，即9×40°，取其中連續的2/3范圍覆蓋分割得到的目標面積最大的區域作為陽照區，標記為Ω_s，其它為背照區，更新擬合圓方程的邊緣點坐標集合Ω＝Ω₀∩Ω_s；

步驟6、計算邊緣點坐標(x_i,y_i),1≤i≤N，相對于擬合圓圓心(x₀,y₀)的單位指向：

步驟7、假設初始分割以后的二值化圖像I_b，背景用數字‘0’進行了標記，閾值以上的部分采用‘1’進行的標記，這包括真實的目標和干擾物，求取二值化圖像I_b在邊緣點上的梯度單位方向：

其中，I_b(x_i+1,y_i)，I_b(x_i,y_i+1)，I_b(x_i,y_i)分別為二值化圖像I_b在坐標點(x_i+1,y_i)，(x_i,y_i+1)，(x_i,y_i)上的數值；

步驟8、判斷提取的邊緣點為目標真實輪廓的邊緣點，需滿足以下兩個條件：

(a)目標輪廓邊緣點分布須在最佳擬合圓圓周附近：

|d_i-r_t|T_r (6)

其中，T_r為擬合過程野值點一判決閾值，r_t表示當前擬合圓半徑，邊緣點(x_i,y_i)到擬合圓圓心(x₀,y₀)的歐式距離：

(b)二值化圖像I_b在邊緣點上的梯度單位方向與邊緣點坐標相對于最佳擬合圓圓的單位指向應該接近于180°，或者內積接近于-1，

其中，T_d為擬合過程野值點另一判決閾值，為邊緣點(x_i,y_i)上的梯度單位方向，為(x_i,y_i)相對于擬合圓圓心(x₀,y₀)的單位指向；

如果第i個邊緣點(x_i,y_i)，不滿足(6)和(7)，視其為野值點，即(x_i,y_i)∈Ω_n，其中野值點集合為Ω_n，如果轉入步驟9；否則，更新擬合圓方程的點集Ω＝(Ω\Ω_n)∩Ω_s，迭代次數k＝k+1，轉入步驟4；

步驟9、輸出擬合圓的半徑r_t，通過實驗室已經標定的相機內方位元素——焦距f和目標實際半徑r₀反演觀測平臺與目標的距離L＝f*r₀/r_t。