[发明专利]基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法

权利要求书

1.基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于，用于火星探测近火捕获制动前的光学自主导航过程，该方法包含以下步骤：

S1、根据光学导航敏感器拍摄到的火星图像，得到其灰度图像后，利用火星图像的灰度分布图，假设火星灰度图像的目标提取待定阈值为k，定义灰度分布图中灰度值小于等于k的所有像素块构成的集合为背景区域，灰度值大于k的所有像素块构成的集合为目标区域，将目标区域灰度值的方差表示成关于目标提取待定阈值k的函数；对火星灰度分布图目标区域灰度值的方差做关于灰度值的一阶差分处理，求取差分值最大处的灰度值作为该火星灰度图像的目标提取待定阈值；

S2、利用步骤S1中得到的目标提取灰度阈值，得到火星边缘信息，对火星边缘信息进行圆拟合，得到火星边缘特征，即火星的视线矢量和圆半径，为火星探测器光学自主导航系统提供导航量测信息。

2.根据权利要求1所述的基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于所述步骤(2)根据步骤(1)中得到目标提取待定阈值，将高于该阈值的灰度值的所有像素块构成的集合确定为目标区域，对该目标区域进行二值化处理即可得到火星边缘信息。

3.根据权利要求1所述的基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于步骤(2.1)中目标区域灰度值的方差为：

其中，为目标区域的二阶原点矩，L为火星灰度图像灰度值的阶数，i表示第i个灰度值；p_i为任一像素块的灰度值为i的概率，μ_T为整幅图像平均灰度值；

4.根据权利要求3所述的基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于所述任一像素块的灰度值为i的概率n_i为灰度值为i的像素块个数，N为火星灰度图像的像素块数。

5.根据权利要求3所述的基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于：所述整幅图像平均灰度值μ_T的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于所述边缘信息为目标区域边缘点的坐标(x_j,y_j),j∈(1,2,…,M)的集合，M为边缘点的总数。

7.根据权利要求6所述的基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于，所述步骤S2采用最小二乘法对火星边缘信息进行圆拟合，得到火星图像边缘特征参数的具体实现为：

(2.1)、将火星边缘表示成为圆的表达式：

(x-x₀)²+(y-y₀)²＝R²

其中，x₀,y₀为待拟合圆的圆心坐标，R为半径；

(2.2)、将步骤(2.1)中圆的表达式改为：

(2.3)、令参数：

a＝-2x₀

b＝-2y₀

将边缘点(x_j,y_j)到待拟合圆的边缘的距离平方作为目标函数：

(2.3)、采用最小二乘算法，求解目标函数平方和的最小值所对应参数值a,b,c，从而得到待拟合圆的参数。

8.根据权利要求7所述的基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，其特征在于：所述目标函数平方和的最小值所对应参数值a,b,c分别为：

其中：

B＝(M∑x_jy_j-∑x_j∑y_j)