[发明专利]基于图像的航天器导航方法、系统和图像边缘点提取方法

权利要求书

1.一种基于图像的航天器导航方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S10，通过图像采集装置获取拍摄条件信息和带有目标天体的待检测视频，并将所述待检测视频转换为待检测帧序列；

步骤S20,按照时间顺序从所述待检测帧序列中提取出一帧转换为灰度图像作为当前帧；

步骤S30,通过导航系统获取空间信息，基于所述空间信息在当前帧中划定图像处理区域；

步骤S40,基于所述图像处理区域，通过预设的第一方法获取目标天体的初始边缘点集；所述第一方法为Prewitt差分法；所述Prewitt差分法通过像素点附近八个像素点的灰度进行差分：

若，则为边缘点；其中为预设的判定阈值，为坐标处的灰度；所述通过预设的第一方法获取目标天体的初始边缘点集还包括：通过导航系统获取目标天体的自旋方向和自旋周期，基于所述自旋方向和自旋周期计算图像拍摄到的天体可视角度；基于当前帧的灰度值分布，将灰度梯度大的一边设定为清晰边界，灰度梯度小的一边设定为模糊边界；基于所述可视角度和自旋周期计算清晰边界的点移动到模糊边界的位置所需的时间，记录初始时刻清晰边界的边缘点分布形状，以天体自旋的轴为对称轴将清晰边界的边缘点分布形状的对称区域作为标准调整区，时刻在模糊边界的所述标准调整区降低所述第一方法的判定阈值；

步骤S50，基于所述空间信息和所述拍摄条件信息，建立特征扫描框；所述空间信息包括探测器与目标天体的相对距离和相对方位，目标天体的大小和形状；所述拍摄条件信息包括撞击坑尺寸信息、背景恒星特征、相机光圈和曝光时间参数；

步骤S60,基于所述特征扫描框，对所述初始边缘点集分别进行横向和纵向逐行扫描，将所有满足第一判定条件的点设定为伪边缘点，其余为真边缘点，其方法为：步骤B10，判断所述特征扫描框的框边是否存在边缘点，若存在边缘点进入步骤B20，否则进入步骤B30；步骤B20，保持框内区域中各像素灰度不变，继续进行下一时刻的扫描；步骤B30，将所述特征扫描框内部区域所有边缘点记为伪边缘点，继续进行下一时刻的扫描；其中，所述特征扫描框为J×K个像素大小，框边宽度为1像素的框体；所述第一判定条件为：待判定边缘点所在的连通域的所有边缘点被所述特征扫描框完全包含；

步骤S70,将纵向和横向扫描得到的所述真边缘点集取并集得到目标天体边缘点集；

步骤S80，基于所述目标天体的边缘点集，通过标记算法计算所述目标天体边缘区域的形心坐标作为所述目标天体的形心坐标，其方法为：设目标天体边缘图像的像素点的灰度值为，其中，和分别为像素点在图像中的行数和列数，其阶笛卡尔系几何矩阵为：

其中，W和H分别为目标天体边缘图像的宽和高；

则目标天体的形心坐标为：

步骤S90，基于所述目标天体的形心坐标，获取所述探测器的导航信息。

2.一种图像边缘点提取方法，其特征在于，该方法采用权利要求1所述的基于图像的航天器导航方法中步骤S10-步骤S70的方法进行边缘点提取。

3.一种基于图像的航天器导航系统，其特征在于，所述系统包括：视频转换模块100、图像帧提取模块200、区域划定模块300、初步提取模块400、扫描框构建模块500、真边缘点确认模块600、边缘点组合模块700、形心提取模块800和导航信息获取模块900；

所述视频转换模块100，用于通过图像采集装置获取拍摄条件信息和带有目标天体的待检测视频，并将所述待检测视频转换为待检测帧序列；

所述图像帧提取模块200，用于按照时间顺序从所述待检测帧序列中提取出一帧转换为灰度图像作为当前帧；

所述区域划定模块300，用于通过导航系统获取空间信息，基于所述空间信息在当前帧中划定图像处理区域；

所述初步提取模块400，用于基于所述图像处理区域，通过预设的第一方法获取目标天体的初始边缘点集；所述第一方法为Prewitt差分法；所述Prewitt差分法通过像素点附近八个像素点的灰度进行差分：

若，则为边缘点；其中为预设的判定阈值，为坐标处的灰度；所述通过预设的第一方法获取目标天体的初始边缘点集还包括：通过导航系统获取目标天体的自旋方向和自旋周期，基于所述自旋方向和自旋周期计算图像拍摄到的天体可视角度；基于当前帧的灰度值分布，将灰度梯度大的一边设定为清晰边界，灰度梯度小的一边设定为模糊边界；基于所述可视角度和自旋周期计算清晰边界的点移动到模糊边界的位置所需的时间，记录初始时刻清晰边界的边缘点分布形状，以天体自旋的轴为对称轴将清晰边界的边缘点分布形状的对称区域作为标准调整区，时刻在模糊边界的所述标准调整区降低所述第一方法的判定阈值；

所述扫描框构建模块500，用于基于所述空间信息和所述拍摄条件信息，建立特征扫描框；所述空间信息包括探测器与目标天体的相对距离和相对方位，目标天体的大小和形状；所述拍摄条件信息包括撞击坑尺寸信息、背景恒星特征、相机光圈和曝光时间参数；

所述真边缘点确认模块600，用于基于所述特征扫描框，对所述初始边缘点集分别进行横向和纵向逐行扫描，将所有满足第一判定条件的点设定为伪边缘点，其余为真边缘点，其方法为：步骤B10，判断所述特征扫描框的框边是否存在边缘点，若存在边缘点进入步骤B20，否则进入步骤B30；步骤B20，保持框内区域中各像素灰度不变，继续进行下一时刻的扫描；步骤B30，将所述特征扫描框内部区域所有边缘点记为伪边缘点，继续进行下一时刻的扫描；其中，所述特征扫描框为J×K个像素大小，框边宽度为1像素的框体；所述第一判定条件为：待判定边缘点所在的连通域的所有边缘点被所述特征扫描框完全包含；

所述边缘点组合模块700，用于舍弃伪边缘点，将纵向和横向扫描得到的所述真边缘点集取并集得到目标天体边缘点集；

所述形心提取模块800，用于基于所述目标天体的边缘点集，通过标记算法计算所述目标天体边缘区域的形心坐标作为所述目标天体的形心坐标，其方法为：设目标天体边缘图像的像素点的灰度值为，其中，和分别为像素点在图像中的行数和列数，其阶笛卡尔系几何矩阵为：

其中，W和H分别为目标天体边缘图像的宽和高；

则目标天体的形心坐标为：

所述导航信息获取模块900，用于基于所述目标天体的形心坐标，获取所述探测器的导航信息。