專利名稱：一種用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法，屬于航天技術(shù)中的圖像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
小天體是太陽系形成后的剩余物質(zhì)，是太陽系的重要組成部分。它們保持了太陽系起源時的原始狀態(tài)，蘊含太陽系形成和演化的重要信息。研究小天體對揭示太陽系的起源及演化、探索生命起源都具有非常重要的科學意義，對探索和開發(fā)太陽系和應(yīng)對可能的撞擊地球事件具有重要的現(xiàn)實意義。但是小天體不一定類似于球體，很可能是不規(guī)則的幾何體。在飛越或交會的過程中，飛行器利用光學敏感器對小天體進行成像，需要提供小天體的一個固定中心點作為觀測量，進行指向信息的實時更新。但是因為小天體的自旋和相對運動，不同時刻的成像對應(yīng)著小天體不同的方位地形。不僅外形輪廓不一樣，地面的紋理特征也不一致，特征點、灰度質(zhì)心和形狀中心都會發(fā)生變化。所以怎樣在圖像中提取不變的中心點成為小天體探測的一大難題。目前國內(nèi)研究利用小天體指向信息進行導航的方法很多，但是大多假設(shè)小天體的指向信息已獲得，具體的獲得方法不詳。國外文獻調(diào)研中，小天體的中心就定義為圖像中最大亮斑的中心，再進行補償，但未詳細介紹補償系數(shù)的選取和計算方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對小天體外形不規(guī)則的特點，提取成像時刻當前方位下小天體的輪廓信息，利用其形狀中心求取多階中心矩，采用不變中心矩的平移、比例和旋轉(zhuǎn)不變性，與模型庫中存儲的小天體不同方位的矩特征進行匹配，得到小天體的當前方位，從而根據(jù)系數(shù)修正其質(zhì)心坐標，保證在不同方位下質(zhì)心的一致性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案包括以下步驟一種用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法,實現(xiàn)步驟如下第一步，根據(jù)地面數(shù)據(jù)所生成的小天體三維形狀模型確定其質(zhì)心坐標系，根據(jù)不同方位的成像，建立小天體不同方位下的Hu氏7類歸一化不變中心矩和比例因子。在該方位下給出對應(yīng)當前形心的質(zhì)心修正系數(shù)；第二步，根據(jù)當前時刻拍攝圖像，對小天體的輪廓進行提取。將圖像變換為僅含輪廓信息的二值圖像。對輪廓圖像計算一階矩，即形心作為中心，計算Hu氏的歸一化一類和二類二階不變中心矩。由于計算的需要，初始僅計算二階中心矩，然后進行后續(xù)匹配操作，如果匹配閾值不滿足要求，則認為匹配失敗，再繼續(xù)計算三類至七類三階中心矩，然后進行補充匹配；第三步，將計算出的中心矩與模型庫中存儲的中心矩進行匹配，當相似度接近設(shè)定閾值時，則認為當前位置匹配完成，將當前的形心利用質(zhì)心系數(shù)進行修正，給出質(zhì)心的指向信息。所述第一步模型庫的計算過程為(11)將小天體模型在等效軌道高度上進行投影成像，生成樣本數(shù)據(jù)；小天體三維形狀模型已知，在標稱的環(huán)繞軌道高度上對小天體進行投影成像，直接形成輪廓圖像作為樣本圖像，同時將質(zhì)心投影到像平面上。根據(jù)指向精度的要求，確定樣本圖像的數(shù)量。例如精度要求為I度，則樣本圖像的間隔角度要小于O. 5度。(12)計算Hu氏7類歸一化不變中心矩和比例因子；假設(shè)輸入的輪廓二值圖像為f (X, y), X = I, 2, . . . , M, y = I, 2, . . . , N,圖像的大小為MXN,首先計算其一階矩,即形心(Xc^ycl)
權(quán)利要求
1.一種用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下 第一步，根據(jù)地面數(shù)據(jù)所生成的小天體三維形狀模型確定其質(zhì)心坐標系，根據(jù)不同方位的成像，建立小天體不同方位下的Hu氏7類歸一化不變中心矩和比例因子。在該方位下給出對應(yīng)當前形心的質(zhì)心修正系數(shù)； 第二步，根據(jù)當前時刻拍攝圖像，對小天體的輪廓進行提取，將圖像變換為僅含輪廓信息的二值輪廓圖像，對二值輪廓圖像計算一階矩，即形心作為中心，計算Hu氏的歸一化一類和二類二階不變中心矩；由于計算的需要，初始僅計算二階中心矩，然后進行后續(xù)匹配操作，如果匹配閾值不滿足要求，則認為匹配失敗，再繼續(xù)計算三類至七類三階中心矩，然后進行補充匹配； 第三步，將計算出的中心矩與模型庫中存儲的中心矩進行匹配，當相似度接近設(shè)定閾值時，則認為當前位置匹配完成，將當前的形心利用質(zhì)心系數(shù)進行修正，給出質(zhì)心的指向信息
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法，其特征在于所述第一步中計算Hu氏7類歸一化不變中心矩和比例因子的過程為 (21)將小天體模型在等效軌道高度上進行投影成像，設(shè)計樣本數(shù)據(jù)大小； 小天體三維形狀模型已知，在標稱的近地點軌道高度上對小天體進行投影成像，直接形成輪廓圖像作為樣本圖像，同時將質(zhì)心(xwyj投影到像平面上，根據(jù)指向精度的要求，確定樣本圖像的數(shù)量； (22)計算Hu氏7類歸一化不變中心矩和比例因子； 假設(shè)輸入的輪廓二值圖像為f(x，y)，X = 1，2，···, M, y = 1,2, “·，Ν,圖像的大小為MXN,首先計算其一階矩,即形心(Xc^ycl)
3.根據(jù)權(quán)利要求1的用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法，其特征在于所述第二步具體實現(xiàn)為 (31)采用典型的邊緣提取算法對拍攝的圖像進行輪廓邊緣提取； (32)計算輪廓圖像的一類和二類二階不變矩； 假設(shè)輸入的輪廓二值圖像為f(x，y)，X = 1，2, ···, M, y = 1,2, “·，Ν,圖像的大小為ΜΧΝ，首先計算其一階矩，即形心
4.根據(jù)權(quán)利要求1的用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法，其特征在于所述的第三步具體實現(xiàn) (41)比較一類和二類二階不變矩的步驟； 計算比例不變因子:
全文摘要
一種用于深空自主導航的不規(guī)則小天體圖像質(zhì)心確定方法，根據(jù)地面數(shù)據(jù)所生成的小天體三維形狀模型確定其質(zhì)心坐標系，根據(jù)不同方位的成像，建立小天體不同方位下的Hu氏7類歸一化不變中心矩，在該方位下給出對應(yīng)當前形心的質(zhì)心修正系數(shù)，形成模型庫；根據(jù)當前時刻拍攝圖像，對小天體的輪廓進行提?。粚喞祱D像計算一階矩，即形心作為中心，計算Hu氏的歸一化一類和二類二階不變中心矩；計算二階中心矩，進行后續(xù)匹配操作，如果匹配不成功，則繼續(xù)計算三類至七類三階中心矩，然后進行補充匹配；將計算出的中心矩與模型庫中存儲的中心矩進行匹配，當相似度滿足設(shè)定閾值條件時，則認為當前位置匹配完成，將當前的形心利用質(zhì)心系數(shù)進行修正。本發(fā)明保證在不同方位下質(zhì)心輸出的一致性。
文檔編號G06T7/60GK103049921SQ20121051968
公開日2013年4月17日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者毛曉艷, 黃翔宇, 王大軼 申請人:北京控制工程研究所