專利名稱：一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法
技術領域：
本發明屬于屬于航天信息處理技術領域，具體指的是一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法。
背景技術：
隕石坑又稱隕石沖擊坑，是隕石體高速撞擊地表或其他天體表面所形成的坑穴，大的隕石坑又稱環形山。隕石坑一般呈圓形構造，大多數隕石坑都保存有較好的坑唇，即環形山坑緣。隕石坑是包括月球、火星等星球表面最常見的地質形態，具有分布廣、面積大、圖像特征明顯等特點。當前，隨著探索宇宙步伐的深入和加速，人類已經掌握了由探測器、軌道衛星所攜帶的CCD攝像機拍攝并傳回大量的月球、火星等表面的灰度圖像，利用這類圖像研究隕石坑的分布、大小和范圍等意義重大:首先，通過研究隕石坑的大小和分布情況可以確定星球表面該地區的地質年齡，了解該星球表面的地質活動情況，分析該星球表面的物質結構和元素構成等；其次，通過隕石坑檢測技術，可以對當前正在建設過程中的各星球表面特征數據庫起到相當的推動作用；最后，隕石坑作為探測器著陸需要規避的障礙物之一和視覺導航的重要地面標志物，研究隕石坑檢測算法對實現探測器在星球表面安全自主著陸有著重要意義。正是由于隕石坑檢測的重要性，近年來，各國學者紛紛致力于研究從圖像中自主檢測隕石坑的方法，總結現有的隕石坑檢測方法，大體上可以分為非監督檢測方法，監督檢測方法和組合式檢測方法三類。其存在的主要不足如下:①在周圍地形相對簡單的情況下，基于邊緣信息的非監督檢測算法特別適用于較大的隕石坑的檢測，但是該類方法隨著隕石坑分布密集程度的加深，其檢測成功率會迅速下降；②監督算法僅適用于較小的隕石坑檢測；③無論是非監督檢測方法，監督檢測方法還是組合式檢測方法，均沒有在檢測隕石坑前對隕石坑進行初步的定位，以提高檢測的速度。探測器著陸過程中隕石坑檢測的特點如下:①在探測器著陸區域中，隕石坑區域占整個圖像區域的比例較小；②作為障礙物的隕石坑，其邊緣特征明顯，邊緣模糊的隕石坑對探測器著陸不構成威脅；③就單個隕石坑而言，在灰度圖上呈圓狀，內部可以明顯地分為亮區域和暗區域。Bandeira邊緣檢測是Bandeira等人于2006年首先提出的,其主要是利用隕石坑區域內部圖像具有明顯的明暗變化的結構特點，完成隕石坑邊緣的檢測和增強，其算法的計算量較大。傳統Hough變換在橢圓擬合中的參數高維性帶來了巨大計算量，弦中點Hough變換建立在以下原理的基礎上:平面上一點，如果任意通過該點的橢圓的弦被該點平分，則該點為橢圓的中心。利用這一原理，弦中點Hough變換首先提取出圓(橢圓)的中心點，以達到降維的目的。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，針對探測器著陸過程中隕石坑檢測的特點，給出一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法。為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法，所述隕石坑檢測方法步驟如下:步驟A,隕石坑候選區域確定所述隕石坑候選區域確定就是在整個待檢測圖像范圍內，提取出包含至少一個隕石坑的子區域；將原圖像分成若干個區域，去除不包括隕石坑的平整區域，將包含隕石坑的區域單獨提取出來；在提取出的區域內進行隕石坑檢測；步驟B，隕石坑區域初提取首先對每一個隕石坑候選區域通過Bandeira邊緣檢測和去噪處理獲取隕石坑候選區域的二值邊緣圖像，利用基于亮、暗邊緣的弦中點Hough變換的方法，通過圓形對每個隕石坑邊緣進行擬合，得到每個隕石坑的中心點坐標和半徑；步驟C,卩員石坑確定根據擬合出的隕石坑中心點坐標和半徑參數，獲取每一個隕石坑正方形區域，利用模板匹配的方法進行隕石坑確定。所述步驟A隕石坑候選區域確定的步驟如下:步驟A-1，計算圖像中每一個像素點處χ和y方向上的梯度；其計算公式為:
權利要求
1.種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法，其特征在于，所述隕石坑檢測方法步驟如下: 步驟A，隕石坑候選區域確定 所述隕石坑候選區域確定就是在整個待檢測圖像范圍內，提取出包含至少一個隕石坑的子區域；將原圖像分成若干個區域，去除不包括隕石坑的平整區域，將包含隕石坑的區域單獨提取出來；在提取出的區域內進行隕石坑檢測； 步驟B，隕石坑區域初提取 首先對每一個隕石坑候選區域通過Bandeira邊緣檢測和去噪處理獲取隕石坑候選區域的二值邊緣圖像，利用基于亮、暗邊緣的弦中點Hough變換方法，對每個隕石坑邊緣與圓形進行擬合，得到每個隕石坑的中心點坐標和半徑； 步驟C,隕石坑確定 根據擬合出的隕石坑的中心點坐標和半徑，獲取每一個隕石坑正方形區域，利用模板匹配的方法進行隕石坑確定。
2.據權利要求1所述的一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法，其特征在于，所述步驟A隕石坑候選區域確定的步驟如下: 步驟A-1，計算圖像中每一個像素點處X方向上的梯度Ix(x，y)和y方向上的梯度Iy (x, y);其計算公式為:
3.據權利要求1所述的一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法，其特征在于，所述步驟B中基于亮、暗邊緣的弦中點Hough變換方法，其過程是: 步驟B-1，根據二值圖像確定像素值為I的單聯通區域的數量，并標記出每個獨立的單聯通區域； 步驟B-2，取出任意兩個單聯通區域，利用弦中點Hough變換方法計算中心點和半徑；步驟B-3，重復步驟B-2，直到所有單聯通區域處理完成，得到每個隕石坑的中心點坐標和半 徑。
全文摘要
本發明提供了一種基于灰度圖像的隕石坑檢測方法，所述方法檢測由CCD攝像機拍攝的星球表面灰度圖像中的隕石坑，主要適用于探測器自主著陸過程中的隕石坑檢測。該發明根據預定著陸區域和隕石坑灰度圖像的特點，首先進行隕石坑候選區域確定，完成對隕石坑區域的初選，縮小隕石坑檢測的范圍；其次，根據隕石坑具有亮、暗邊緣的特點，采用隕石坑邊緣擬合弦中點Hough變換，同時和Bandeira邊緣檢測結合完成隕石坑區域初提取；最后利用模板匹配判斷區域中的隕石坑。所述方法改善了算法的實時性，易于實現。
文檔編號G06T7/00GK103093463SQ20131001383
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月15日 優先權日2013年1月15日
發明者丁萌, 魏麗, 王西超, 曹云峰, 吳慶憲 申請人:南京航空航天大學