[发明专利]基于车辙图像的模拟月壤硬度视觉检测系统及测量方法

说明书

基于车辙图像的模拟月壤硬度视觉检测系统及测量方法，可以对月球车移动压出的车辙进行准确的提取与分析，通过算法快速的对车辙图像进行匹配计算与三维重建，确定车辙下陷量的数值。根据实验得出的经验公式结合测得的下陷量，自动计算出模拟月壤的硬度值。本发明的系统组成有硬件和软件两个部分，其中的硬件包括模拟月球车、图像采集装置、存储装置、处理器、控制器；软件部分包括图像处理程序与硬度测量程序。本发明的实现方法由ROI提取、灰度化、图像增强、图像分割、相机标定、图像极线校正、图像特征提取和匹配、三维重建以及模拟月壤硬度计算程序。打破了传统的精度较高的检测接触式探测深度方式，提高测量工作效率和能力。

技术领域

本发明涉及利用图像处理技术测量模拟月壤硬度的测量技术领域，更具体地，涉及非接触式的基于车辙图像的模拟月壤硬度视觉检测系统及测量方法。

背景技术

随着太空探索和探月的高速发展，我国首辆月球车“玉兔号”成功驶抵月球表面。“玉兔号”搭载了四台全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪有效载荷。其中“玉兔号”可以依靠这四台有效载荷自主导航开展了一系列的科学探测任务，并把探测数据自动回传地球。这些科学探测数据为建立巡视探测区地形地貌、地质构造，物质成分和浅层结构于一体的综合地质剖面等，帮助人类直接准确地了解月球情况。

在太空探索和探月方面，月球车需要搭载多种有效载荷以便探测更多的数据。为此，本发明利用车载全景相机结合相关算法来测量月壤硬度，从而省去硬度测量装置，减少系统能耗，增加有效载荷。目前常见的土壤硬度测量方法都是接触式的，本发明首次提出了一种基于车辙图像的模拟月壤硬度方法。本方法是一种基于机器视觉的非接触式测量方式，是一种通过测量车辙下陷深度来估算模拟月壤硬度的测量方法，可以帮助月球车增加有效载荷，并降低系统功耗。

发明内容

本发明提出了基于车辙图像的模拟月壤硬度视觉检测系统及测量方法，该装置硬件组成简单易于实现，该方法可以对车辙图像进行准确的处理以及分析，并对车辙下陷量进行测量，最后根据经验公式估计出模拟月壤的硬度值。

本发明采取如下方案。本发明的系统组成主要有硬件和软件两部分，其中硬件包括以下几部分：模拟月球车，车辙图像采集装置，存储装置，处理器和控制器。

软件部分有图像处理程序，测量程序。

所述的硬件部分中的模拟月球车是重12.5Kg的六轮小车，每个轮子最高点与最低点之间高度为4mm，作用是将模拟月球车在模拟月壤上运动来模拟月面行进运动。在本发明中用的工业CCD双目摄像头，并将其安装在模拟月球车上。

所述的硬件部分中的车辙图像采集装置采用的是由两个工业CCD摄像机构组成的，用来对模拟月球车压成的车辙进行图像采集。

所述的硬件部分中的存储装置是用来存储车辙图像采集装置采集的图像，还用来存储图像处理程序的处理结果以及系统运行的实时数据记录等。

所述的硬件部分中的处理器主要用来对从存储装置中读取的图像文件进行处理，实现显示车辙下陷量深度测量数据以及传递数据。

控制器用于控制车辙图像采集装置采集图像，向处理器传输图像。

处理器为PC机。控制器为工业CCD摄像机对应的图像采集卡，插在PC机的扩展插槽内。

所述的软件部分中图像处理程序是用来对从存储装置中读取的图像进行预处理。

所述的软件部分中测量程序是用来对预处理后的图像提取目标并进行精准测量车辙下陷量的深度。

本发明还提供一种基于机器视觉的模拟月球车车辙图像测量其下陷量来估算模拟月壤硬度的方法，包括如下步骤：

1)用工业CCD双目摄像机对车辙图像进行采集，得到整体图像后，将左目和右目采集到的图像分别存储在存储装置中，并从存储装置中读取出这两幅图像；