[发明专利]一种基于像素点可区分度的自然路标及着陆区域确定方法

说明书

技术领域

本发明属于深空探测邻域，涉及到图像处理的相关技术。 

背景技术

自然路标检测和着陆区域确定是深空探测领域中的重要问题。在深空探测过程中，由于着陆器距离地球非常遥远，信号传递具有较大的延时，因此需要着陆器能够自主的确定自身的姿态和位置以及自主的找到可着陆区域。 

自然路标是指环境中已有的，并非人工设置的，能够用以标识不同环境的参考对象或模式。自然路标检测对于着陆器确定自身的姿态和位置，进行自主导航有着重要的作用。现有的自然路标检测方法多是针对行星表面的各种地形(如陨石坑，岩石等，如图1所示)的图像表观特征进行自然路标检测。但是这类方法受到光照以及具体地形的影响，无法取得很好的结果。 

而自动的着陆区域确定对于探测器来说也是非常重要。在着陆器着陆阶段，由于距离地球非常遥远，依靠地面通讯不能满足实时安全着陆的需求，因此需要探测器具有较强的自主确定着陆区域的能力。现有的自主着陆区域确定方法主要是通过检测行星表面的陨石坑，岩石等障碍物，通过避开障碍物来确定着陆区域。也有根据行星表面的纹理特征进行着陆区域的确定方法。通过检测障碍物进行着陆区域确定的方法的问题是障碍物的检测很难做到精确和鲁棒，同时受光照条件影响较大。现有的纹理分析方法是通过统计区域内的对比度等特征来进行，也易受光照等条件的影响。 

我们通过观察发现，行星表面的障碍物，不管是陨石坑(图1(a))，岩石(图1(b))，或者裂纹(图1(c))，都具有以下特点：在这些障碍物边界上的点(如图1中的1，2，3，4)，与其邻域内的其他点的可区分程度很高，既很容易将这些点与周围其他的点区分开来。而平坦区域内的点(如图1中的5，6，7)，与其周围的点比较相似，基本无法与周围点区分开来。我们基于这一观察，将自然路标检测与着陆区域确定统一在像素点的可区分度框架下进行。 

发明内容

本发明的目的是针对上述自然路标检测与着陆区域确定方法存在的不足而 提出一种基于像素点可区分度的自然路标检测及着陆区域确定方法。 

本发明的主要内容为：采用摄像机在着陆器下降过程中获取着陆器下方的图像信息，在每一帧获取到的图像中，计算每个像素点的可区分度，既该像素点与其邻域内的像素点的可区分程度。设定阈值，可区分度高于给定阈值的像素点作为自然路标候选点，将一定半径内的自然路标候选点的集合作为自然路标；可区分度低于给定阈值的像素点作为可安全着陆区域的候选点，通过对自然路标候选点及图像边界上的像素点进行形态学膨胀操作，以最后被膨胀操作覆盖的着陆区域候选点作为圆心，以该圆心到距离其最近的自然路标候选点的距离为半径，得到最大可着陆圆。 

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。 

一种基于像素点可区分度的自然路标检测及着陆区域确定方法，具体实现步骤如下： 

步骤一：图像获取 

摄像机安装在着陆器的下方，在着陆器下降过程中可以连续的获得地面的图像。 

步骤二：计算像素点的可区分度 

设s(p，p′)为像素p与像素p′的相似程度，设p(s(p，p′))表示像素p与像素p′相似的概率，定义像素的可区分度为该像素与其邻域内像素相似概率分布的熵，既