[发明专利]一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法和系统

说明书

一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法和装置，包括以下步骤：建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；对陨石坑对数据库进行筛选匹配；对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。本发明的数据库只存储陨石坑对序号和相应的不变量，大大减少数据库容量，提高搜索效率。本发明提出动态阈值解决射影不变量对噪声敏感的问题，提高匹配率和平均处理速度。同时提出迭代金字塔算法快速筛选冗余，在初步识别的基础上估计位姿，重投影匹配后验证识别结果。本发明具有识别率高，对噪声鲁棒，姿态估计精确快速的特点，达到了在着陆导航初始化识别的领先性能水平。

技术领域

本发明涉及行星着陆导航技术领域，具体涉及一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法和系统。

背景技术

行星着陆导航技术已经成为深空探测的重要组成部分。基于地形的相对导航方法是基于光学的自主导航方法，通过提供相对于已知天体表面的位置或方位的测量信息来增强导航能力。基于陨石坑的导航方法具有功耗低，节省内存，计算效率高，可用地形特征丰富，可以估计绝对位姿等优点，具有广泛的研究应用前景。区别于有初始姿态信息的跟踪识别，在没有提供任何初始姿态时的陨石坑识别方法也称为“迷失空间(Lost In Space，LIS)”识别，难度更高，研究意义更大。

在光学导航方法中，直接利用陨石坑模式进行图像匹配的方法只适用于跟踪识别，并不适用于LIS（迷失空间）识别。另外，使用惯性器件进行导航的方法累积误差大，只能测量相对位姿，可以用光学导航方法进行修正。使用陨石坑估计绝对位姿的方法一般采用椭圆二次曲线对的射影不变量进行陨石坑识别，但是射影不变量受椭圆参数检测噪声的扰动较大，虽然可以通过增加射影不变量提高陨石坑LIS（迷失空间）识别率，但是这样会造成数据库更加庞大，在一定程度上会增加陨石坑三角形搜索冗余，限制LIS（迷失空间）识别率的进一步提高。

LIS（迷失空间）识别是将图片中的陨石坑与预先建立好的陨石坑数据库中的陨石坑进行匹配的过程，目前还存在以下难点：识别率对椭圆陨石坑检测误差敏感度较大；匹配库庞大，致使搜索慢，效率低，且较多冗余的匹配会导致较低的识别率；着陆过程中不稳定的着陆器状态往往会造成较大的倾斜角，致使投影到图像平面的实际陨石坑变形较大，增大识别难度。针对上述问题，目前尚未提出一种有效的陨石坑LIS（迷失空间）识别方法。

发明内容

本发明提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，本发明的方法是一种基于椭圆陨石坑对的陨石坑LIS（迷失空间）识别方法，建立小容量高效率的陨石坑对数据库，提出迭代金字塔算法获得鲁棒的识别结果，设计动态阈值快速减少冗余，提高算法效率和识别率。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面提供一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，所述方法包括：

步骤S100，建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；

步骤S200，对陨石坑对数据库进行筛选匹配；

步骤S300，对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。

进一步的，所述步骤S200包括：

步骤S210，对图像进行预处理；

步骤S220，基于动态阈值筛选陨石坑对；

步骤S230，基于金字塔基层三元组搜索算法对筛选出的陨石坑对进行三元组构建；

步骤S240，基于金字塔的LIS识别算法，对三元组构建后的陨石坑对进行迭代金字塔匹配。

进一步的，所述步骤S230包括：

步骤S231，为陨石坑表中的每一个陨石坑均设置一个状态标识，在进行匹配识别前对其进行初始化，将每个陨石坑的状态均设为0；

步骤S232，扫描集合，把该集合中所有坑对所包含的陨石坑状态都设置为1，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号j；