[發明專利]基于灰度方差導數的火星圖像邊緣特征自適應提取方法

在審

• 申請號: 202010131258.0
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111402283A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 孫建黨;劉宇;孫杰;顧玥;劉付成;王衛華
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06T7/136
• 分類號: G06T7/136;G06T7/12;G06T7/143;G06T7/194;G06T7/66;G06T7/62;G01C21/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發明公開了基于灰度方差導數的火星圖像邊緣特征自適應提取方法:S1、根據光學導航敏感器拍攝到的火星圖像，得到其灰度圖像后，利用火星圖像的灰度分布圖，假設火星灰度圖像的目標提取待定閾值為k，定義灰度分布圖中灰度值小于等于k的所有像素塊構成的集合為背景區域，灰度值大于k的所有像素塊構成的集合為目標區域，將目標區域灰度值的方差表示成關于目標提取待定閾值k的函數；對火星灰度分布圖目標區域灰度值的方差做關于灰度值的一階差分處理，求取差分值最大處的灰度值作為該火星灰度圖像的目標提取待定閾值；S2、利用目標提取灰度閾值，得到火星邊緣信息，對火星邊緣信息進行圓擬合，得到火星邊緣特征。

技術領域

本發明具體涉及基于灰度方差導數的火星圖像邊緣特征自適應提取方法，屬于火星探測光學自主導航技術領域。

背景技術

我國將于2020年發射火星探測器，一次實現“繞”、“落”、“巡”的常規三步走流程。隨著探測器飛往火星，器地距離增加，相比于近地衛星，直接帶來的影響就是通信延遲增大，星地難以實現實時的星地大回路控制。因此在火星捕獲制動階段，引入光學自主導航系統作為導航備份，以保證制動捕獲的成功實施。

光學自主導航系統中，主要是通過含有導航目標的深空圖像提取導航信息，其中關鍵的一步就是確定導航圖像的灰度閾值，以區分圖像中的目標和背景區域，提取出導航目標，為后續導航信息解算做準備。

圖像閾值選取方面，主流的方法主要有最大熵法、最大類間方差(Otsu)法、最小交叉熵(相對熵)法、最大相關法、最小誤差法等。其中Otsu法應用最為廣泛，但該方法側重同區域灰度的均勻性，適用于圖像中目標區域和背景區域面積相差不大的情況，因此在自主導航初始階段，圖像閾值選取的準確性較差，從而光學自主導航精度較低。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了基于灰度方差導數的火星圖像邊緣特征自適應提取方法，為火星探測提供高精度的光學自主導航量測信息。

本發明的技術解決方案是：基于灰度方差導數的火星圖像邊緣特征自適應提取方法，用于火星探測近火捕獲制動前的光學自主導航過程，該方法包含以下步驟：

S1、根據光學導航敏感器拍攝到的火星圖像，得到其灰度圖像后，利用火星圖像的灰度分布圖，假設火星灰度圖像的目標提取待定閾值為k，定義灰度分布圖中灰度值小于等于k的所有像素塊構成的集合為背景區域，灰度值大于k的所有像素塊構成的集合為目標區域，將目標區域灰度值的方差表示成關于目標提取待定閾值k的函數；對火星灰度分布圖目標區域灰度值的方差做關于灰度值的一階差分處理，求取差分值最大處的灰度值作為該火星灰度圖像的目標提取待定閾值；

S2、利用步驟S1中得到的目標提取灰度閾值，得到火星邊緣信息，對火星邊緣信息進行圓擬合，得到火星邊緣特征，即火星的視線矢量和圓半徑，為火星探測器光學自主導航系統提供導航量測信息。

所述步驟(S2)根據步驟(S1)中得到目標提取待定閾值，將高于該閾值的灰度值的所有像素塊構成的集合確定為目標區域，對該目標區域進行二值化處理即可得到火星邊緣信息。

目標區域灰度值的方差為：

其中，為目標區域的二階原點矩，L為火星灰度圖像灰度值的階數，i表示第i個灰度值；p_i為任一像素塊的灰度值為i的概率，μ_T為整幅圖像平均灰度值；

所述任一像素塊的灰度值為i的概率n_i為灰度值為i的像素塊個數，N為火星灰度圖像的像素塊數。

所述整幅圖像平均灰度值μ_T的計算公式為：