[发明专利]一种不规则天体导航视线信息提取方法

摘要

本发明涉及一种不规则天体导航视线信息提取方法，特别涉及一种小天体探测导航视线信息提取方法，属于小天体探测领域。本发明方法的主要步骤包括一、提取导航图像中目标小天体的边缘轮廓；二、利用自适应方法去除伪边缘信息；三、对去除伪边缘信息的小天体边缘轮廓进行椭圆拟合；四、基于椭圆拟合结果提取目标小天体视线信息。本发明方法受光照、相机拍摄角度和目标小天体自旋影响较小，能够有效提高小天体导航视线信息提取的精度和稳定性，且无需精确的形状模型，适用范围广；本方法提出的自适应伪边缘去除方法能有效去除目标小天体明暗交界，以及小天体表面地形遮挡所致的伪边缘信息，保障椭圆拟合及视线信息提取的精度和可靠性。

主权项

一种不规则天体导航视线信息提取方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、提取导航图像中目标小天体的边缘轮廓针对预处理的目标小天体图像，检测并提取目标小天体的边缘轮廓；检测边缘轮廓的目的是提取图像中目标天体和背景的分界线，以便后续进行椭圆拟合；步骤二、去除伪边缘信息受光照影响，目标小天体的部分区域处于阴影之中，而边缘检测算法不能区分光照缺乏导致的阴影区域和图像背景区域，因而步骤一会检测到伪边缘点，需在进行椭圆拟合前去除伪边缘信息；利用光照方向与边缘点梯度方向的夹角去除伪边缘，目标小天体的真实边缘点应满足其中g为边缘点的梯度方向，D为光照方向，可由太阳敏感器给出；对步骤一中得到的边缘点进行验证，若某边缘点不满足(1)式的条件，则该点为伪边缘点，将其去除；步骤三、对去除伪边缘信息的目标小天体边缘轮廓进行椭圆拟合对步骤二得到的已去除伪边缘的目标小天体边缘轮廓进行椭圆拟合，以拟合椭圆的中心近似目标小天体的形心；基于椭圆拟合的形心提取方法由于已去除了光照因素的影响，因而能够获得比基于光心方法更高的精度和稳定性；椭圆方程由椭圆中心点坐标(x0,y0)，椭圆半长轴a，半短轴b，半长轴与x轴方向夹角θ共5个参数表示：各边缘点(xi,yi)到椭圆中心点(x0,y0)的距离为椭圆上与椭圆中心到各边缘点连线相交的点(x,y)，到椭圆中心的距离为则椭圆上这些点到相应边缘点的距离为Δd＝|di‑d|，反映了拟合椭圆与图像中提取的目标天体边缘点的匹配程度，这些距离之和越小则拟合精度越高；选取椭圆拟合的性能指标为当(x0,y0)，(xi,yi)与(x,y)所成直线与x轴平行时，有于是性能指标(3)式可由各边缘点坐标与椭圆的5个参数表示；当(3)式取最小值时拟合的椭圆为非线性最小二乘意义下的最优解；此时有即上式的非线性方程组可采用牛顿迭代法进行求解；求解得到的椭圆中心点(x0,y0)即为所求的目标小天体的形心；步骤四、基于椭圆拟合结果提取目标小天体视线信息基于步骤三所得的小天体形心求取目标小天体视线信息：其中f为相机焦距；在惯性系下的导航视线信息表示为其中为从相机固联坐标系到探测器本体坐标系的转换矩阵，为从探测器本体系到惯性系的转换矩阵。