专利名称：基于明暗区域配对的陨石坑检测方法
技术领域：
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及基于明暗区域配对的陨石坑检测方法。
背景技术：
陨石坑是小天体撞击行星表面而形成的环形凹坑，具有独特的地质形态。在行星着陆任务中，可将陨石坑作为导航路标，以提高导航系统的精度。在导航路标应用之前，必须将陨石坑从行星着陆器光学相机所拍摄的图像中检测并提取出来。陨石坑的检测是后续的匹配、导航等操作的基础，检测结果直接影响了导航系统的性能。在行星任务中，陨石坑的提取可用于行星着陆段的自主导航。若以行星着陆段自主导航任务为目的，不要求从图像中提取出全部的陨石坑，但要求陨石坑提取算法实时性较高，定位准确。近年来，学者们针对行星着陆这一任务目的对陨石坑检测算法进行了研 究，基于边缘信息的陨石坑提取、基于模板匹配的陨石坑提取和基于区域信息的陨石坑检测是具有代表性的陨石坑提取算法。基于边缘梯度信息和模板匹配的陨石坑检测算法均是以陨石坑具有明显椭圆外廓为假设，但行星表面上也存在着许多并不具有椭圆外廓的陨石坑，以火星表面为例，陨石坑在大风、沙尘暴等长期影响下其唇部被逐渐风蚀，导致边缘不断退化进而失去明显的几何外廓；另外受地表结构变动影响，陨石坑的形态也会出现一定的改变，导致边缘缺失等现象，而这两类算法难以检测此类退化陨石坑。基于区域信息的检测算法利用了陨石坑在光照下形成的特定区域，绕开了椭圆外廓的假设，能够检测出形状不规则的陨石坑。最大稳定极值区域方法(MSER)是近年新兴的区域特征提取算法，MSER提取的是图像中的区域。在陨石坑提取中，我们期望提取出陨石坑内因光照所形成的明亮与阴影区域信息，并且要求提取算法具有一定的尺度及仿射不变性来应对行星着陆任务中的着陆器位姿变化，而MSER算法恰恰符合我们对陨石坑区域检测的期望，同时MSER算法简单，实时性高，也令其在行星着陆任务中具有潜在应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有行星着陆段基于路标导航任务中的陨石坑提取方法存在的误提取率高、不易检出形状不规则的陨石坑等问题，而提出了基于明暗区域配对的陨石坑检测方法。本发明的基于明暗区域配对的陨石坑检测方法，步骤如下步骤一采用最大稳定极值区域方法对行星着陆器着陆过程中光学相机拍摄的图像进行初步检测，提取图像中的阴影区域和明亮区域；步骤二 删除步骤一提取的阴影区域和明亮区域中K和M的区域，得到受光照所形成的η个阴影区域仏…Dn和m个明亮区域U、1^·· Lm，其中，n、m为自然数；步骤三计算步骤二中η个阴影区域中的第k个阴影区域Dk的矩心,以^^为中心，在半径为R的圆内搜索明亮区域，搜索到P个明亮区域，O < p^m ;其中，Dk表示第k个阴影区域，下标k取值为1、2…η;步骤四在步骤三搜索到的P个明亮区域中，若有j个明亮区域Ivh满足average (L1) -average (Dk) > σ 1；…，average (Lj) -average (Dk) > σ 丨，则将明亮区域 L^.. Lj 作为阴影区域Dk的待配对区域；其中，Iv“Lj表示j个明亮区域,O彡j彡P, average (Lj)和average (Dk)分别表示明亮区域h和阴影区域Dk的图像亮度的平均值，σ i为阈值；步骤五计算步骤四得到的j个明亮区域IvLj的矩^Cll * * * Clj
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生成由阴影区域Dk的矩心CDk指向明亮区域矩心Clx…Cl；的矢量步骤六根据星历确定太阳光线矢量，根据探测器自身姿态计算太阳光线矢量在相机像平面的投影矢量及； 步骤七分别计算矢量$ ^/.与矢量$的夹角θ^·· Θ P计算矢量7.的大
小q…;若θ j小于给定阈值σ 2且$.最小，则Lj与Dk构成一个卩员石坑；其中，步骤二中所述的K区域为步骤一图像中提取的小于20个像素的阴影区域和明亮区域，M区域为步骤一图像中提取的面积大于整个图像面积75%的阴影区域和明亮区域。本发明包含以下有益效果本发明可用于提高陨石坑提取的正确率，特别适用于形状不规则的陨石坑。本发明与现有技术相比的优点在于基于最大稳定极值区域方法提取陨石坑受光照所形成的阴暗区域与明亮区域，将明暗区域进行配对，生成阴影区域矩心指向明亮区域矩心的矢量，并通过该矢量与太阳光线的夹角及该矢量的大小判断明暗配对区域是否属于同一陨石坑。该方法简单易实现，实时性高，能够检测出形状不规则的陨石坑，同时具有一定的尺度及仿射不变性，尤其适用于行星着陆任务中。本发明的原理是基于最大稳定极值区域方法提取陨石坑受光照所形成的阴暗区域与明亮区域，将明暗区域进行配对并生成指向矢量，并通过该矢量与太阳光线的夹角及该矢量的大小判断明暗配对区域是否属于同一陨石坑。
图I为本发明的流程图；图2为基于明暗区域配对的陨石坑检测方法的检测结果图。
具体实施例方式结合图I说明本实施方式。
具体实施方式
一本实施方式的基于明暗区域配对的陨石坑检测方法，步骤如下步骤一采用最大稳定极值区域方法对行星着陆器着陆过程中光学相机拍摄的图像进行初步检测，提取图像中的阴影区域和明亮区域；
步骤二 删除步骤一提取的阴影区域和明亮区域中K和M的区域，得到受光照所形成的η个阴影区域仏…Dn和m个明亮区域U、1^·· Lm，其中，n、m为自然数；步骤三计算步骤二中η个阴影区域中的第k个阴影区域Dk的矩心,以Q力
中心，在半径为R的圆内搜索明亮区域，搜索到P个明亮区域，O < p^m ;其中，Dk表示第k个阴影区域，下标k取值为1、2…η;步骤四在步骤三搜索到的P个明亮区域中，若有j个明亮区域I^Lj满足average (L1) -average (Dk) > σ 1；…，average (Lj) -average (Dk) > σ 丨，则将明亮区域 L^.. Lj 作为阴影区域Dk的待配对区域；其中，Iv“Lj表示j个明亮区域,O彡j彡P, average (Lj)和average (Dk)分别表示明亮区域h和阴影区域Dk的图像亮度的平均值，σ i为阈值；
步骤五计算步骤四得到的j个明亮区域Iv·· Lj的矩心ClA…CLj
生成由阴影区域Dk的矩CDk指向明亮区域矩心Cli…Cl/的矢量
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7Jn C1…C ;若Θ J小于给定阈值O 2且G最小,则Lj与Dk构成一个陨石坑；其中，步骤二中所述的K区域为步骤一图像中提取的小于20个像素的阴影区域和明亮区域，M区域为步骤一图像中提取的面积大于整个图像面积75%的阴影区域和明亮区域。本实施方式的阈值σ i和σ 2根据实际情况由以往经验设定。本实施方式步骤一中所述的最大稳定极值区域方法(MSER)，提取图像中的阴影区域和明亮区域具体操作步骤如下I)给定行星着陆器下降过程中拍摄的图像I (X) ,Xe C，C为NXN的像坐标，设图像阈值集S(X)为灰度值小于I (X)的集合
权利要求
1.基于明暗区域配对的陨石坑检测方法，其特征在于它的步骤如下 步骤一采用最大稳定极值区域方法对行星着陆器着陆过程中光学相机拍摄的图像进行初步检测，提取图像中的阴影区域和明亮区域； 步骤二 删除步骤一提取的阴影区域和明亮区域中K和M的区域，得到受光照所形成的η个阴影区域Dp仏…Dn和m个明亮区域Lp L^Lm，其中，n、m为自然数； 步骤三计算步骤二中η个阴影区域中的第k个阴影区域Dk的矩心Q，以L "匆中心，在半径为R的圆内搜索明亮区域，搜索到P个明亮区域，O彡P彡m;其中，Dk表示第k个阴影区域，下标k取值为1、2…η; 步骤四在步骤三搜索到的P个明亮区域中，若有j个明亮区域Ivh满足average (L1) -average (Dk) > σ 1；…，average (Lj) -average (Dk) > σ 丨，则将明亮区域 L^.. Lj 作为阴影区域Dk的待配对区域；其中，Iv“Lj表示j个明亮区域,O彡j彡P, average (Lj)和average (Dk)分别表示明亮区域h和阴影区域Dk的图像亮度的平均值，σ i为阈值； 步骤五计算步骤四得到的j个明亮区域Ivh的矩心ClA…Clj ，生成由阴影区域Dk的矩心CDk指向明亮区域矩心Cl,的矢量 步骤六根据星历确定太阳光线矢量，根据探测器自身姿态计算太阳光线矢量在相机像平面的投影矢量及； 步骤七分别计算矢量ζ与矢量J的夹角θ「·· θ j，计算矢量@…&/的大小
2.根据权利要求I所述的基于明暗区域配对的陨石坑检测方法，其特征在于步骤三中所述的
3.根据权利要求I所述的基于明暗区域配对的陨石坑检测方法，其特征在于步骤七中所述的
全文摘要
基于明暗区域配对的陨石坑检测方法。它涉及图像处理技术领域，本发明要解决现有行星着陆段基于路标导航任务中的陨石坑提取方法存在的误提取率高、不易检出形状不规则的陨石坑等问题。步骤如下基于最大稳定极值区域方法对行星着陆过程中光学相机获得的图像进行初步检测，提取图像中的阴影区域和明亮区域；删除过大和过小的区域；以检测出的陨石坑的阴影区域的矩心为中心，在半径为R的圆内搜索明亮区域，且该明亮区域与阴影区域灰度平均值的差异需大于给定阈值；计算由阴影区域矩心指向明亮区域矩心的矢量；计算该矢量与太阳光线矢量在相机像平面的投影矢量的夹角，若此夹角小于给定阈值，则该阴影区域与明亮区域构成一个陨石坑。
文档编号G01C11/04GK102944226SQ20121050869
公开日2013年2月27日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者田阳, 崔祜涛, 徐田来, 余萌 申请人:哈尔滨工业大学