[发明专利]基于明暗区域配对的陨石坑检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及基于明暗区域配对的陨石坑检测方法。

背景技术

陨石坑是小天体撞击行星表面而形成的环形凹坑，具有独特的地质形态。在行星着陆任务中，可将陨石坑作为导航路标，以提高导航系统的精度。在导航路标应用之前，必须将陨石坑从行星着陆器光学相机所拍摄的图像中检测并提取出来。陨石坑的检测是后续的匹配、导航等操作的基础，检测结果直接影响了导航系统的性能。

在行星任务中，陨石坑的提取可用于行星着陆段的自主导航。若以行星着陆段自主导航任务为目的，不要求从图像中提取出全部的陨石坑，但要求陨石坑提取算法实时性较高，定位准确。近年来，学者们针对行星着陆这一任务目的对陨石坑检测算法进行了研究，基于边缘信息的陨石坑提取、基于模板匹配的陨石坑提取和基于区域信息的陨石坑检测是具有代表性的陨石坑提取算法。

基于边缘梯度信息和模板匹配的陨石坑检测算法均是以陨石坑具有明显椭圆外廓为假设，但行星表面上也存在着许多并不具有椭圆外廓的陨石坑，以火星表面为例，陨石坑在大风、沙尘暴等长期影响下其唇部被逐渐风蚀，导致边缘不断退化进而失去明显的几何外廓；另外受地表结构变动影响，陨石坑的形态也会出现一定的改变，导致边缘缺失等现象，而这两类算法难以检测此类退化陨石坑。基于区域信息的检测算法利用了陨石坑在光照下形成的特定区域，绕开了椭圆外廓的假设，能够检测出形状不规则的陨石坑。

最大稳定极值区域方法(MSER)是近年新兴的区域特征提取算法，MSER提取的是图像中的区域。在陨石坑提取中，我们期望提取出陨石坑内因光照所形成的明亮与阴影区域信息，并且要求提取算法具有一定的尺度及仿射不变性来应对行星着陆任务中的着陆器位姿变化，而MSER算法恰恰符合我们对陨石坑区域检测的期望，同时MSER算法简单，实时性高，也令其在行星着陆任务中具有潜在应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有行星着陆段基于路标导航任务中的陨石坑提取方法存在的误提取率高、不易检出形状不规则的陨石坑等问题，而提出了基于明暗区域配对的陨石坑检测方法。

本发明的基于明暗区域配对的陨石坑检测方法，步骤如下：

步骤一：采用最大稳定极值区域方法对行星着陆器着陆过程中光学相机拍摄的图像进行初步检测，提取图像中的阴影区域和明亮区域；

步骤二：删除步骤一提取的阴影区域和明亮区域中K和M的区域，得到受光照所形成的n个阴影区域D₁、D₂…D_n和m个明亮区域L₁、L₂…L_m，其中，n、m为自然数；

步骤三：计算步骤二中n个阴影区域中的第k个阴影区域D_k的矩心以为中心，在半径为R的圆内搜索明亮区域，搜索到p个明亮区域，0≤p≤m；其中，D_k表示第k个阴影区域，下标k取值为1、2…n；

步骤四：在步骤三搜索到的p个明亮区域中，若有j个明亮区域L₁…L_j满足average(L₁)-average(D_k)>σ₁,…,average(L_j)-average(D_k)>σ₁，则将明亮区域L₁…L_j作为阴影区域D_k的待配对区域；其中，L₁…L_j表示j个明亮区域，0≤j≤p，average(L_j)和average(D_k)分别表示明亮区域L_j和阴影区域D_k的图像亮度的平均值，σ₁为阈值；