[发明专利]行星着陆协同导航特征匹配方法

权利要求书

1.行星着陆协同导航特征匹配方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：协同探测的两台光学导航相机A和B同时对目标区域定向拍摄，两台光学导航相机A和B分别检测图像中的导航特征边缘点集和光照方向；

步骤二：利用协同导航相机同时拍摄目标行星表面而图像光照方向不变的特点，基于步骤一中两台光学导航相机A和B分别检测图像中光照方向，计算两幅图像间的图像旋转角，并通过恢复图像旋转变换得到旋转后的图像；

步骤三：基于两台光学导航相机A和B分别检测到的图像导航特征边缘点集，计算图像I_A所有导航特征边缘点集P^A与图像I_B经过旋转后的所有导航特征边缘点集P^B'在图像u方向和v方向的缩放系数；

步骤三实现方法为，

图像I_A共检测到m个导航特征，边缘点集坐标为图像I_B共检测到n个导航特征，旋转后的导航特征边缘点集坐标为j＝1,2,3,…,n，则图像I_A中第i个导航特征与图像I_B中第j个导航特征在图像u和v方向的缩放系数定义为：

其中，为I_A中第i个导航特征与I_B中第j个导航特征在图像u方向的缩放系数，为I_A中第i个导航特征与I_B中第j个导航特征在图像v方向的缩放系数，(u,v)为边缘点在图像中的像素坐标；

步骤四：根据步骤三中的缩放系数和缩放变换关系，解算两幅图像缩放系数，并对旋转后的图像进行缩放恢复，得到缩放后的图像；

步骤五：对于图像I_B经过旋转缩放恢复后的边缘点集图像I_B'、图像I_A的边缘点集图像I_A'，遍历两幅图像中导航特征边缘点集的相似度距离，得到相似度距离最小的一对导航特征判定匹配成功，并利用全局匹配的导航特征中心点解算图像变换的单应性矩阵T，即实现协同导航相机拍摄的两幅图像之间的导航特征匹配；

由于深空探测任务的不同，不同探测器所携带的光学敏感器规格也不同，对于搭载宽视场导航相机和窄视场导航相机的协同导航方案，通过模板匹配提高宽视场相机和窄视场相机的协同导航方案匹配效率；由于两种相机视场不同，协同拍照时所能观测的视野范围也不一样，此时窄视场相机图像I_B'和宽视场相机图像I_A'某一区域图像具有近似的尺度和相同的分辨率，通过模板匹配找到窄视场相机图像I_B'在宽视场相机图像I_A'中的位置范围，对应的区域记为I_A”；利用相机A的边缘点集子图I_A”和相机B恢复后的边缘点集图像I_B'，遍历导航特征边缘点集并计算相似度距离；

如果协同导航相机规格相同，则不需要进行模板匹配；直接利用图像I_A'和图像I_B'遍历导航特征边缘点集并计算相似度距离；

将得到的相似度距离保存到行列分别为m和n的矩阵H中；H阵每一列中最小值对应的两个导航特征具有最大的相似度，判定对应的两个导航特征获得成功匹配；

若图像I_A和图像I_B共匹配l个导航特征，图像I_A中第k(k＝1,2,3,…l)个匹配的导航特征中心点坐标为则对应匹配的图像I_B中第k个导航特征中心点坐标为二者的变换关系为：

其中，

利用两幅图像匹配的l对导航特征中心点，解算图像变换的单应性矩阵T的元素：

由于单应性矩阵T的自由度为8，而一对匹配的导航特征中心点产生两个线性方程，因此需要至少4对匹配的导航特征求解单应性矩阵，即l≥4；

利用全局匹配的导航特征中心点解算图像变换的单应性矩阵T，实现协同导航相机拍摄的两幅图像之间的导航特征匹配。

2.如权利要求1所述的行星着陆协同导航特征匹配方法，其特征在于：还包括步骤六，利用导航特征匹配结果解决行星着陆协同导航领域相关技术问题，所述行星着陆协同导航领域相关技术问题包括行星表面环境感知、障碍规避跟踪、协同光学导航位姿估计。