[发明专利]一种基于月面巡视器单目相机图像的天际线获取方法

说明书

本发明提供一种基于月面巡视器单目相机图像的天际线获取方法，首先对巡视器单目相机图像进行边缘检测，识别出天际线；然后确定天际线上的每一个像素点在相机坐标系下的空间方位；然后再解算出天际线在世界坐标系下的方位角和高度角；由此可见，本发明能够对巡视器单目相机图像的天际线自动识别和计算，并且计算过程不必使用月面数字高程模型，可在器载计算机上实施，解决了巡视器工作环境下地形遮挡预测问题，确保对月背复杂地形遮挡情况的可靠识别，摆脱了对国外高精度月背地形数据的依赖，为巡视器在轨控制策略制定提供了重要的输入信息。

技术领域

本发明属于空间探测技术领域，尤其涉及一种基于月面巡视器单目相机图像的天际线获取方法。

背景技术

中国月球探测器实现了人类的首次月背着陆巡视探测，复杂的月背地形给巡视器的月面工作带来了挑战。在探测器着陆点附近，最大高程差为6518m，坡度大于8°的区域占总区域面积比为18.5％，且月背表面的着陆点区域内包含多个撞击坑和盆地。可能的地形遮挡会造成光照阴影和测控阴影，将极大影响巡视器能源和通信条件，为避免不利影响，需事先确定巡视器周围的地形遮挡角(地形和天空的分界线，即天际线的高度角和方位角)。

通过对巡视器全局精确定位和高精度数字高程模型的仿真计算，可实现天际线方位角和高度角的计算。然而，此种方法严重依赖于巡视器的全局定位精度和数字高程模型的精度。目前，国内外的月球遥感卫星影像图难以提供足够精度的数字高程模型。因此，依赖巡视器全局精确定位和高精度数字高程模型的天际线计算方法不再满足要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于月面巡视器单目相机图像的天际线获取方法，能够对巡视器单目相机图像的天际线自动识别和计算，确保对月背复杂地形遮挡情况的可靠识别。

一种基于月面巡视器单目相机图像的天际线获取方法，包括以下步骤：

S1：对巡视器单目相机图像进行边缘检测，识别出天际线；

S2：分别获取天际线各像素点在相机坐标系下的高度角h₀和方位角

S3：分别将各像素点对应的高度角h₀和方位角表示成单位空间方向矢量r₀，然后对单位空间方向矢量r₀进行坐标变换，得到单位空间方向矢量r₁；

S4：通过单位空间方向矢量r₁分别解算出天际线各像素点在世界坐标系下的高度角h₁和方位角

进一步地，各像素点在相机坐标系下的高度角h₀和方位角的获取方法具体包括以下步骤：

S21：采用畸变模型补偿像素点坐标的系统误差，其中，所述畸变模型为：

其中，Δx、Δy分别为像素点坐标(x,y)的系统误差改正数，(x₀,y₀)为单目相机像主点的坐标偏移量、k₁,k₂为单目相机镜头的径向畸变参数，p₁,p₂为单目相机镜头的切向畸变参数；

S22：获取修正后的像素点坐标(x',y')，具体为：

x'＝x-x₀-Δx

y'＝y-y₀-Δy

S23：获取像素点在相机坐标系下的高度角h₀和方位角具体为：

其中，f为单目相机的焦距。