[发明专利]基于小天体不规则度的导航信息提取方法

说明书

本发明公开的基于小天体不规则度的导航信息提取方法，属于深空探测技术领域。本发明实现方法为：针对小天体探测相机拍摄小天体的图像不规则的特点，分别提出小天体形状、亮度不规则度计算方法，并分别计算小天体形状不规则度和亮度不规则度；根据计算得到的形状不规则度和亮度不规则度，加权计算得到小天体不规则度；基于小天体不规则度和拟合残差实现不同图像处理方法的筛选；根据筛选后的图像处理方法实现导航形心或光心提取；利用得到的形心或光心，得到导航视线信息，实现小天体探测精确自主导航，解决小天体探测中自主导航领域的相关问题。

技术领域

本发明涉及基于小天体不规则度的导航信息提取方法，属于深空探测技术领域。

背景技术

小天体探测是人类了解宇宙和太阳系的形成和演化、探索生命起源的主要途径。自主导航技术是小天体探测的主要导航方式。小天体探测一般通过拍摄目标天体图像，然后提取目标天体的形心或光心得到相机至天体中心的视线(LOS)信息进行导航。不规则小天体不同的成像特点对小天体形心或光心提取精度有很大影响，而小天体形心或光心提取的精度直接影响到自主光学导航的精度，所以高精度的形心或光心提取方法是至关重要的。

针对形心提取问题，考虑到小天体外形近似椭圆，可以在边缘提取的基础上采用椭圆拟合的方式实现形心提取。常用的椭圆拟合方法主要有3类，一类是基于HOUGH变换的椭圆拟合方法，另一类方法是基于不变矩的方法，再一类则是基于最小二乘的拟合方法。椭圆拟合方法仅适用于真实天体边缘近似规则椭圆的情况，当天体边缘不规则时，则会存在较大误差，造成椭圆拟合的误匹配，从而得到误差较大的天体形心位置坐标。

针对光心提取问题。高斯拟合法及其改进算法是近些年较为常用的光心提取方法，在理想情况下，光斑的强度分布应该符合高斯分布，所以高斯拟合法提取精确度高。然而当亮点的强度分布为非高斯的情况则精度较差，此时只能选用灰度重心法提取小天体的光心，该方法简单快速，但提取精度有限。

发明内容

针对小天体探测相机拍摄小天体的图像不规则的特点，本发明公开的基于小天体不规则度的导航信息提取方法要解决的技术问题是：提出小天体不规则度的定义，评价小天体的不规则程度，基于小天体不规则度筛选合适的图像处理方法，实现目标小天体形心或光心的快速精确提取，最终提高不规则小天体导航视线信息的提取精度。本发明为小天体探测自主光学导航信息获取提供技术支持，提高小天体探测自主导航精度，解决相关技术问题。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于小天体不规则度的导航信息提取方法，分别提出小天体形状、亮度不规则度计算方法，并分别计算小天体形状不规则度和亮度不规则度；根据计算得到的形状不规则度和亮度不规则度，加权计算得到小天体不规则度；基于小天体不规则度和拟合残差实现不同图像处理方法的筛选；根据筛选后的图像处理方法实现导航形心或光心提取；利用得到的形心或光心，得到导航视线信息，实现小天体探测精确自主导航，解决小天体探测中自主导航领域的相关问题。

本发明公开的基于小天体不规则度的导航信息提取方法，包括如下步骤：

步骤1：根据小天体成像特点，当小天体为不规则图形时，计算形状不规则度判别系数，得到小天体的形状不规则度，判别小天体外形的不规则程度。

步骤1.1：对目标不规则小天体图像进行预处理，通过图像滤波得到既去除噪声又能保护图像的边缘的图像，通过图像校正对相机拍摄产生的图像畸变进行校正，得到校正后的图像。

对目标不规则小天体图像进行预处理，所述预处理包括图像滤波、图像校正，通过图像滤波得到既去除噪声又能保护图像的边缘，从而获得达到预设阈值的复原效果。由于中值滤波对于滤除图像的椒盐噪声非常有效，步骤1.1中图像滤波方法优选中值滤波。

步骤1.2：根据步骤1.1预处理之后的图像，通过坎尼Canny边缘检测方法提取图像中目标小天体边缘。