[发明专利]一种基于面积比的陨石坑匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于面积比的陨石坑匹配方法。

背景技术

行星表面着陆任务需要高精度的自主导航系统。陨石坑是小天体撞击行星表面而形成的环形凹坑，具有较为一致的几何形状和清晰的轮廓，其几何形状受光照变化影响小，作为导航路标易于匹配和跟踪。在行星着陆任务中，可将陨石坑作为行星着陆段的导航路标，以提高着陆器导航系统的精度。

为了利用通过预先在轨拍摄而建立的行星表面全局图像及其中的陨石坑位置数据，需要将着陆过程在线拍摄图像中检测的陨石坑与全局图像中的陨石坑进行匹配，从而获得陨石坑路标在行星表面的位置数据，为后续的导航过程提供必要的数据准备。

由于拍摄条件的不同，在轨拍摄和下降过程中的在线拍摄对同一陨石坑目标的成像结果是不同的。但这两种拍摄过程所得图像之间的差异可以用仿射变换来描述。因此，陨石坑图像的仿射不变性成为重要的匹配依据。

若以行星着陆段自主导航任务为目的，就要求陨石坑提取与匹配算法实时性较高，定位准确，但并不要求从图像中提取出全部的陨石坑，也不需要对陨石坑进行详细的描述。近年来，学者们针对行星着陆这一任务目的对陨石坑检测与匹配算法进行了研究。

陨石坑特征的匹配方法可分为三类：互相关匹配方法，基于陨石坑相互关系的匹配和基于几何不变特征的匹配。互相关匹配通过陨石坑模板进行图像强度相关比较来实现匹配确认，基于陨石坑相互关系的匹配通过两图中各陨石坑的位置、尺寸及相互位置和角度关系来实现陨石坑的匹配，基于几何不变特征的匹配通过利用陨石坑边缘及内部图像中对成像变换保持不变的特征比较来实现陨石坑匹配。

发明内容

本发明为了解决现有陨石坑匹配方法存在的图像出现较大的旋转、尺度缩放及形变情况下误匹配及失配等问题，而提出了一种基于面积比的陨石坑匹配方法。

本发明的一种基于面积比的陨石坑匹配方法，步骤如下：

步骤一：根据行星着陆器着陆过程中的初始位置、姿态及相机参数，对目标天体表面拍摄图像，根据所拍摄图像的范围选定行星表面全局图像中的局部图像作为基准图像；

步骤二：基于最大稳定极值区域方法对步骤一中行星着陆器着陆过程中所拍摄图像进行检测，提取图像中受光照所形成的阴影区域与明亮区域，将阴影区域与明亮区域配对，进行陨石坑提取，将提取的陨石坑编号为1、2…n；

步骤三：对步骤二中提取的所有陨石坑逐一进行椭圆拟合，然后计算拟合椭圆的面积；

步骤四：将步骤三中的每一个陨石坑拟合椭圆的面积分别与其它陨石坑拟合椭圆的面积做比值，得到n×(n-1)个比值，构成n行n-1列矩阵A，其中，A矩阵中第i行元素分别为第i个陨石坑拟合椭圆的面积与其它n-1个陨石坑拟合椭圆的面积的比值；

步骤五：提取步骤一中基准图像中的陨石坑，设提取的陨石坑数目为m，编号为1、2…m，对所有陨石坑分别进行椭圆拟合，计算m个拟合椭圆的面积，将每一个陨石坑拟合椭圆的面积分别与其它陨石坑拟合椭圆的面积做比值，得到m×(m-1)个比值，构成m行m-1列矩阵B，B矩阵中第j行元素分别为第j个陨石坑拟合椭圆的面积与其它m-1个陨石坑拟合椭圆的面积的比值；

步骤六：将步骤四中的矩阵A的每一行分别与步骤五中的矩阵B的每一行求Hausdroff距离，利用Hausdroff距离作为相似性测度，即完成拍摄图像中n个陨石坑与基准图像中m个陨石坑的匹配。

本发明包含以下有益效果：

本发明选定行星表面全局图像中的局部图像作为基准图像，基于最大稳定极值区域方法对着陆过程中拍摄的图像进行陨石坑提取及椭圆拟合，构造不同陨石坑之间的面积比值作为仿射不变量，利用Hausdroff距离作为相似性测度，将所检测到的陨石坑与基准图像中的陨石坑进行匹配，可用于行星着陆过程中的陨石坑匹配。本发明与现有技术相比的优点在于：当着陆图像出现较大的旋转、尺度缩放及形变情况下实现陨石坑匹配，能够有效地避免常规匹配方法存在的不足，是着陆过程中进行陨石坑匹配的理想方法。

本发明的原理是：首先选定行星表面全局图像中的局部图像作为基准图像，然后基于最大稳定极值区域方法对着陆过程中拍摄的图像进行陨石坑提取及椭圆拟合，构造不同陨石坑之间的面积比值作为仿射不变量，最后利用Hausdroff距离作为相似性测度，将所检测到的陨石坑与基准图像中的陨石坑进行匹配。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

结合图1说明本实施方式。