[发明专利]一种飞行器月表软着陆的实时动态选址方法

说明书

技术领域

本发明涉及安全区域识别选址着陆领域，尤其是一种应用在月表的实时动态选址方法。

背景技术

月球着陆技术的研究和开发从上个世纪五十年代开始一直是月球竞赛的热门话题，这一话题在1969年人类首次登上月球之后而告一段落。2004年，中国探月工程启动。由于月球表面的特殊的环境，地貌纹理不明显，光照强度的不断变化，导致传统的视觉算法已经无法适用于月表着陆的过程。

飞行器月表软着陆是指飞行器距离月表1-2km的时刻，飞行器根据摄像机捕获到的数据，可以利用视觉的方法，自动规避障碍物，实时的选择可降落区域。而且在飞行器下降的整个过程中，摄像机捕获到的数据会越来越清晰，所以又会出现新的一些体积略小的障碍物，因此下降过程需要根据实时获取的数据进行修正，从而达到高精度的要求。

登月对着陆的精度和安全性都有比较苛刻的要求，要求实现精确着陆，并规避陨石坑、斜坡、峡谷、岩石等不同障碍。选定安全着陆区域以后，制导控制系统提供推力、姿态命令来引导着陆器从当前位置平稳转移到达预定目标区域。在障碍规避阶段，探测器需要不断地获取着陆区的地形信息，从中识别地形障碍，为控制系统提供信息。

现有的识别方法存在的缺陷：对光照等外部因素变化较敏感，准确率以及实时性不高。

发明内容

为了克服已有飞行器月表软着陆的识别方法的对光照等外部因素变化较敏感，准确率以及实时性不高的不足，本发明提供一种对光照强度变化具有鲁棒性、准确率较高、实时性较高的飞行器月表软着陆的实时动态选址方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种飞行器月表软着陆的实时动态选址方法，包括如下步骤：

1)着陆场景选择

当飞行器距离月表1-2km的时候，开始分析和处理由飞行器捕获的图片，使用IDS宽视场相机和IDS窄视场相机作为捕获图像的工具，寻找可降落区域，并在此过程中实时修正结果；

2)基于阴影和高亮的障碍物检测

对捕获到的图像进行处理，如果在捕获到的图像有障碍物，在障碍物的附近除了阴影之外会有高亮区域，过程如下：

2.1)、状态初始化：进行状态初始化，设置太阳、飞行器和摄像头的角度参数；

2.2)、阴影和高亮区域的分割：使用最大熵阈值分割算法分割出阴影区域，此方法中通过直方图分析进行阴影区域的分割；然后设原始图像任意点的灰度值为p，将255-p作为此点处的新的灰度值，即通过反转图像灰度值的方法能够获得高亮区域；

2.3)、区域分析：使用椭圆检测算法检测上一部中的结果，得到阴影区域的信息，通过将高亮区域与阴影区域信息合并；

2.4)、岩石模型：使用近似多边形来表达轮廓信息，根据轮廓和太阳的角度alpha、拍摄角度beta，以及障碍物区域在光照方向长pl和宽pw，判断障碍物的高度h、宽度w和位置pos；高度的计算方法即：h＝pl/tan(alpha)；宽度的计算方法为：w＝pw；位置pos即为检测到的障碍物的坐标；

3)基于阴影和高亮的障碍物检测的寻址

选址过程如下：：

3.1)、网格化，得到图像I；

3.2)、距离变换：计算图像I的距离变换结果，得到距离变换矩阵M；

3.3)、求取最大值：计算矩阵M的最大值R，此值R即为可降落区域的最大半径，最大值所在图像中的位置，即为可降落区域的圆的圆心，其中圆表示为circle，圆心表示为circle.first。

进一步，所述选址方法还包括：4)实时动态选址的实现，步骤如下：

4.1)、预处理：初始阶段，对飞行器所捕获视频的第一帧做第3)步的处理，检测出可将落区域圆的圆心和半径，作为后续寻址的参考坐标；

4.2)、高分辨率图像裁剪：基于4.1)中的检测结果，在可降落区域处进行图片裁剪，其中裁剪区域为矩形，矩形中心为可降落区域圆圆心，裁剪图片的长和宽分别为w、h，并且w、h为可降落区域圆半径R的2-4倍；

4.3)、再寻址：在步骤4.2)裁剪的结果图片中使用步骤3)寻址，所得结果即为新的可降落区域圆的圆心和半径，并与前一次的可降落区域结果进行比较运算，计算位置偏移量。结合偏移量和新的可降落区域坐标控制飞行器向新的可降落区域方向移动，基于裁剪的小区域进行运算可以显著的提高运算速度；

4.4)、重复步骤4.2)、4.3)，对飞行器所捕获视频当前帧而言，结合前一帧的计算结果计算当前帧的可降落区域坐标信息，并将新的可降落区域信息持续的反馈给飞行器直到飞行器着陆。