[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

说明书

本发明属于深空导航领域，具体涉及了一种基于图像的航天器导航方法、系统和图像边缘点提取方法，旨在解决现有技术中基于地外天体光学图像获取的导航信息精度不足的问题。本发明包括：获取灰度图像作为当前帧，根据空间信息划定图像处理区域，获取初始边缘点集，通过建立特征扫描框的方法对图像进行横向和纵向扫描，设置第一判定条件判定提取出的边缘点是真边缘点还是伪边缘点，舍弃伪边缘点将真边缘点集取并集得到目标天体的边缘点集，基于所述边缘点计算形心坐标，再基于所述形心坐标获取导航信息。本发明提高了深空导航中导航信息的获取精度。

技术领域

本发明属于深空探测领域，具体涉及了一种基于图像的航天器导航方法、系统和图像边缘点提取方法。

背景技术

地外天体探测是深空探测领域的重要方向。在接近目标天体的过程中，探测器一般会携带光学相机对目标天体成像并处理，然后将其用于自主导航及着陆点选取等任务需求。目前基于图像的导航方法，一般要先进行边缘点提取，再结合边缘点信息进行天体形心的获取，进而获取导航信息。因此，边缘点提取的精准度、形心提取的精准度直接影响着导航的精准度，对于着陆或撞击探测影响更大，甚至决定着陆或撞击任务的成功与否。

但现有方法中，由于地外天体所处的深空环境，所采集到的天体的光学图像与传统地面目标光学图像有显著的不同，除了相机本身带来的噪声以外，还受到太阳光照角度、探测器接近方位、目标本身自旋和表面凹凸阴影及背景中恒星光源等因素影响，因此传统的边缘提取算法不能满足深空探测的需要；而且传统的形心提取方法很多都是基于清晰图像获取的，也不能适应深空探测时采集到的行星图像，生搬硬套会带来较大误差；因此，基于现有的边缘提取方法、形心计算方法进行深空探测任务的导航，其导航的精准度较差，直接影响探测器着陆、撞击器撞击导引等对导航精度要求比较高的探测任务。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有方法中由于边缘提取不准确、形心提取不准确导致导航精度差的问题，本发明提供了一种基于图像的航天器导航方法，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；

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；

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；

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；

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。

进一步地，所述第一方法为Prewitt差分法；

Prewitt差分法通过像素点附近八个像素点的灰度进行差分，用公式表示为：

若，则（）为边缘点；其中为预设的判定阈值，为坐标处的灰度。

进一步地，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。