[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

说明书

本发明公开了基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法: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。

技术领域

本发明具体涉及基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，属于火星探测光学自主导航技术领域。

背景技术

我国将于2020年发射火星探测器，一次实现“绕”、“落”、“巡”的常规三步走流程。随着探测器飞往火星，器地距离增加，相比于近地卫星，直接带来的影响就是通信延迟增大，星地难以实现实时的星地大回路控制。因此在火星捕获制动阶段，引入光学自主导航系统作为导航备份，以保证制动捕获的成功实施。

光学自主导航系统中，主要是通过含有导航目标的深空图像提取导航信息，其中关键的一步就是确定导航图像的灰度阈值，以区分图像中的目标和背景区域，提取出导航目标，为后续导航信息解算做准备。

图像阈值选取方面，主流的方法主要有最大熵法、最大类间方差(Otsu)法、最小交叉熵(相对熵)法、最大相关法、最小误差法等。其中Otsu法应用最为广泛，但该方法侧重同区域灰度的均匀性，适用于图像中目标区域和背景区域面积相差不大的情况，因此在自主导航初始阶段，图像阈值选取的准确性较差，从而光学自主导航精度较低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，为火星探测提供高精度的光学自主导航量测信息。

本发明的技术解决方案是：基于灰度方差导数的火星图像边缘特征自适应提取方法，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。

所述步骤(S2)根据步骤(S1)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。

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；

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。

所述整幅图像平均灰度值μ_T的计算公式为：