[發(fā)明專利]一種基于月面巡視器單目相機(jī)圖像的天際線獲取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010140906.9
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111460898B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳偉仁;申振榮;彭松;王大軼;馬友青;溫博;金晟毅;黨兆龍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京空間飛行器總體設(shè)計部
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06T7/70
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 劉西云;李微微

本發(fā)明提供一種基于月面巡視器單目相機(jī)圖像的天際線獲取方法，首先對巡視器單目相機(jī)圖像進(jìn)行邊緣檢測，識別出天際線；然后確定天際線上的每一個像素點在相機(jī)坐標(biāo)系下的空間方位；然后再解算出天際線在世界坐標(biāo)系下的方位角和高度角；由此可見，本發(fā)明能夠?qū)ρ惨暺鲉文肯鄼C(jī)圖像的天際線自動識別和計算，并且計算過程不必使用月面數(shù)字高程模型，可在器載計算機(jī)上實施，解決了巡視器工作環(huán)境下地形遮擋預(yù)測問題，確保對月背復(fù)雜地形遮擋情況的可靠識別，擺脫了對國外高精度月背地形數(shù)據(jù)的依賴，為巡視器在軌控制策略制定提供了重要的輸入信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于月面巡視器單目相機(jī)圖像的天際線獲取方法。

背景技術(shù)

中國月球探測器實現(xiàn)了人類的首次月背著陸巡視探測，復(fù)雜的月背地形給巡視器的月面工作帶來了挑戰(zhàn)。在探測器著陸點附近，最大高程差為6518m，坡度大于8°的區(qū)域占總區(qū)域面積比為18.5％，且月背表面的著陸點區(qū)域內(nèi)包含多個撞擊坑和盆地。可能的地形遮擋會造成光照陰影和測控陰影，將極大影響巡視器能源和通信條件，為避免不利影響，需事先確定巡視器周圍的地形遮擋角(地形和天空的分界線，即天際線的高度角和方位角)。

通過對巡視器全局精確定位和高精度數(shù)字高程模型的仿真計算，可實現(xiàn)天際線方位角和高度角的計算。然而，此種方法嚴(yán)重依賴于巡視器的全局定位精度和數(shù)字高程模型的精度。目前，國內(nèi)外的月球遙感衛(wèi)星影像圖難以提供足夠精度的數(shù)字高程模型。因此，依賴巡視器全局精確定位和高精度數(shù)字高程模型的天際線計算方法不再滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于月面巡視器單目相機(jī)圖像的天際線獲取方法，能夠?qū)ρ惨暺鲉文肯鄼C(jī)圖像的天際線自動識別和計算，確保對月背復(fù)雜地形遮擋情況的可靠識別。

一種基于月面巡視器單目相機(jī)圖像的天際線獲取方法，包括以下步驟：

S1：對巡視器單目相機(jī)圖像進(jìn)行邊緣檢測，識別出天際線；

S2：分別獲取天際線各像素點在相機(jī)坐標(biāo)系下的高度角h₀和方位角

S3：分別將各像素點對應(yīng)的高度角h₀和方位角表示成單位空間方向矢量r₀，然后對單位空間方向矢量r₀進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到單位空間方向矢量r₁；

S4：通過單位空間方向矢量r₁分別解算出天際線各像素點在世界坐標(biāo)系下的高度角h₁和方位角

進(jìn)一步地，各像素點在相機(jī)坐標(biāo)系下的高度角h₀和方位角的獲取方法具體包括以下步驟：

S21：采用畸變模型補(bǔ)償像素點坐標(biāo)的系統(tǒng)誤差，其中，所述畸變模型為：

其中，Δx、Δy分別為像素點坐標(biāo)(x,y)的系統(tǒng)誤差改正數(shù)，(x₀,y₀)為單目相機(jī)像主點的坐標(biāo)偏移量、k₁,k₂為單目相機(jī)鏡頭的徑向畸變參數(shù)，p₁,p₂為單目相機(jī)鏡頭的切向畸變參數(shù)；

S22：獲取修正后的像素點坐標(biāo)(x',y')，具體為：

x'＝x-x₀-Δx

y'＝y(tǒng)-y₀-Δy

S23：獲取像素點在相機(jī)坐標(biāo)系下的高度角h₀和方位角具體為：

其中，f為單目相機(jī)的焦距。