[发明专利]一种不规则光点的质心定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不规则光点的质心定位方法，应用于空间交会测量相机的目标识别。

背景技术

交会测量子系统由安装在飞船上的交会测量相机和安装在目标飞行器上的合作目标标志器组成，目标标志器由外围三个大光标和内部五个小光标，按照图1中结构示意图布置，大小光标为近距离备份设计，全程以大光标输出结果为主。通过激光光源发光照射由角反射构成的目标标志器，经过角反射器光线原路返回照射平面镜，光路折返后进入测量相机形成测量图像，根据视觉测量原理可以计算得到相机坐标系相对于目标标志器坐标系的相对位置和相对速度、相对姿态角和相对姿态角速度，从而为GNCC提供相对导航的测量信息。

交会测量相机工作距离范围较大，在远近不同距离下成像后的目标光点的间距变化很大。需要保证远距离目标像点多目标融合，又保证近距离目标像点不融合时均能正常进行目标识别，对图像处理算法提出了很高的要求。

研制过程中提出了一种不规则光点的质心定位算法以提高相机在目标分离、目标融合、分离融合过渡过程均能稳定提取计算的能力，是基于传统图像处理技术与图像形态学一体的目标定位技术，为整个测量系统合理设计、相机能够在大测量范围下稳定测量奠定基础。

文献如下：

[1]刘震、尚砚娜等,多尺度光点图像中心的高精度定位,光学精密工程，2013年第21卷第6期

[2]WANG C，THORPE C，HEBERT M，et a1.Simultaneous Localization，Mapping and Moving Object Tracking[J].The International Journal of Robotics Research，2007，26(6).

[3]CUMMINS.M，NEWMAN.P，Probabilistic Localization and Mapping in the Space of Appearance,The International Journal of Robotics Research,2008,27(6):647-665.

文献情况：

文献[1]通过已知探测模板构造近似和阈值分割确定光点图像区域，初步确定光点图像大小。计算不同尺度空间下各光点图像区域的相似度矩阵，与模板比对获得不规则光点质心坐标；

文献[2]的机理和文献[1]相似，仅在相似度矩阵与模板比对过程中，不是单帧计算，而是多帧联合实现动态过程的不规则光点质心定位；

文献[3]通过分析图像和已知探测目标形态差异，依据极大似然技术，完成目标图像配准，获得高精度的融合光点质心定位结果。

文献[1]和[2]中需要引入已知目标固定探测模板，无法进行模板的大范围变化，不能实现大范围测量。文献[3]中极大似然算法虽然引入复杂的形态学处理机制，能够获得高精度的融合光点质心坐标，但是算法过于复杂，无法满足嵌入式系统的数据处理要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种不规则光点的质心定位方法。

本发明的技术解决方案是：

一种不规则光点的质心定位方法，步骤如下：

(1)安装在飞船上的交会测量相机对安装在目标飞行器上的合作目标标志器进行成像；目标飞行器上的合作目标标志器包括3个大光标和5个小光标，均分布在合作目标标志器坐标系中，具体见下表：

(2)通过阈值分割算法对步骤(1)中得到的图像进行光点提取，获得全局图像中的基本光点信息；所述基本光点信息包括光点个数、光点的像元数和光点位置在成像面坐标系中的坐标；

(3)判断步骤(2)中得到的光点个数是否大于4，如果大于4，则进入步骤(4)，否则进入步骤(7)；

(4)在所有光点中任选5个光点，之后进入步骤(5)；

(5)如果在所有光点中任选5个光点的组合已经遍历，则进入步骤(11)；否则进入步骤(6)；

(6)对选择出的5个光点进行小光标匹配，如果匹配成功，则将中央小光标作为大光标，之后进入步骤(7)；否则返回步骤(4)；

(7)判断光点个数是否大于3，如果大于3，则进入步骤(8)；否则结束；

(8)在除去步骤(6)中所述5个小光标之外的所有光点中任选3个光点，之后进入步骤(9)；

(9)如果所述步骤(8)中任选的3个光点组合已经遍历，则结束；否则进入步骤(10)；