[发明专利]行星着陆器自适应障碍检测方法

摘要

本发明提供一种行星着陆器自适应障碍检测方法，涉及图像处理领域。为了解决现有技术中当障碍地形数量大于所有地形数量的50％时无法进行平面拟合的问题，本发明通过获取高程数据，根据其中的坐标点计算初始平面，计算其他点到平面的残差值，并将残差值输入至混合高斯模型进行聚类分析，两种残差组，并将残差组进行尺度因子算法计算排除障碍点，得到非障碍点集合，根据非障碍点集合拟合平面，并将高程数据中的点于拟合平面做差，再与预设的安全阈值比较，从而判断哪些是最终的非障碍点，哪些是最终的障碍点。本发明适用于火星着陆器。

主权项

1.一种行星着陆器自适应障碍检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取高程数据，所述高程数据是在着陆点水平坐标系下的预选着陆区范围内的三维坐标集合，所述三维坐标集合包括坐标点；步骤二：根据随机选择的三个坐标点确定初始平面，并计算高程数据中的其他坐标点到所述初始平面的残差值，所述残差值与所述坐标点存在对应关系；步骤三：将所述其他坐标点的残差值输入至混合高斯模型中，得到第一残差组和第二残差组，并且所述第一残差组的标准差值小于所述第二残差组的标准差值，所述第一残差组以及第二残差组均由残差值组成；步骤四：将所述第一残差组中的残差值通过中位尺度因子算法进行迭代计算，得到候选残差值集合，所述候选残差值集合对应的坐标组成候选坐标集合；步骤五：重复步骤二至步骤四，得到优选的候选坐标集合，重复的次数由预想的着陆区障碍物分布程度确定；步骤六：将所述优选的候选坐标集合通过最小残差平方和准则计算得到最优坐标集合；步骤七：将所述最优坐标组合通过平面拟合算法得到拟合平面；步骤八：将所述高程数据中的每个坐标点与所述拟合平面做差，分别得到与所述每个坐标点对应的相对高度数据以及坡度数据，将所述每个坐标点对应的相对高度数据以及坡度数据与安全阈值进行比较，若小于或等于所述安全阈值，则将当前点判定为非障碍点，若大于所述安全阈值，则将当前点判定为障碍点；在步骤三中将残差值输入至混合高斯模型并得到第一残差组和第二残差组的具体过程为：根据所述混合高斯模型对所述残差值的概率密度分布p(x_i)进行估计，所述混合高斯模型的子高斯模型N(x_i；μ_j,Σ_j)的个数M为2，表示将所述残差值分为两类，一类为障碍点，另一类为非障碍点，所述残差值的概率密度分布p(x_i)为子高斯模型的加权之和，即：上式中T为所述第二残差组的标准差与所述第一残差组的标准差的比值，m为所述高程数据中坐标点的个数，ω_j为第j个子高斯模型的权重系数，μ_j为其对应的均值，Σ_j为其对应的方差，ω_j、μ_j以及Σ_j的求解方法为最大期望值算法；在步骤四中通过中位尺度因子算法进行迭代计算，得到候选残差值集合具体过程为：根据如下公式进行计算：其中，为第i次迭代的尺度因子，Φ^‑1为逆高斯密度累计函数，ω为混合高斯分布的权重系数，|r_K|和μ分别为所述步骤二中确定的所有残差值按照从小到大顺序排列后的中位值和均值，n_i为第i次迭代时非障碍点的个数，n_i的初始值为第一残差组中残差的个数，n_K为残差值满足如下条件的数据点个数：其中为第i次迭代时得到的残差值集合；通过迭代n_i值，直到尺度因子收敛到固定值再通过公式确定本次循环的最终的非障碍点的残差值集合。