一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,屬于航天器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制領(lǐng)域,所述方法包括以下幾個(gè)步驟:步驟一:圖像二值化;步驟二:進(jìn)行連通域標(biāo)記與合并,并提取最大連通域;步驟三:邊緣提取,利用目標(biāo)特性進(jìn)一步確認(rèn)目標(biāo)連通域;步驟四:對地姿態(tài)解算。本發(fā)明提出的基于面積法的對地姿態(tài)解算方法在噪聲點(diǎn)較多,其他干擾目標(biāo)區(qū)域小于待提取目標(biāo),待提取目標(biāo)區(qū)域較規(guī)范的情況下,具有良好的效果。
【專利說明】
一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于航天器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制領(lǐng)域,具體涉及一種基于面積法的對地姿態(tài) 解算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外地平儀作為一種最早應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域的姿態(tài)敏感器,一直以來都是各種 衛(wèi)星姿軌控系統(tǒng)的重要組成部分。按照工作方式,紅外地平儀可以分為動(dòng)態(tài)地平儀和靜態(tài) 地平儀,圓錐掃描式動(dòng)態(tài)地平儀是動(dòng)態(tài)地平儀中的一種,采用繞固定轉(zhuǎn)軸掃描的方式實(shí)現(xiàn), 這種地平儀包含有機(jī)械掃描裝置,所以體積比較大,功耗也很高,測量精度低。
[0003] 20世紀(jì)90年代初,隨著小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展給對紅外地平儀的要求日益提高,紅外 地平儀逐漸向著模塊化、小型化、高精度方向發(fā)展,動(dòng)態(tài)地平儀已經(jīng)無法滿足其要求。而靜 態(tài)紅外地平儀采用凝視成像,不需要掃描機(jī)械的運(yùn)動(dòng),在質(zhì)量、功耗、精度及使用壽命等方 面相比動(dòng)態(tài)地平儀都有一定的優(yōu)勢,因此,靜態(tài)紅外地平儀已經(jīng)成為近年來研究的重點(diǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對上述內(nèi)容,本發(fā)明提出一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,去除了噪聲點(diǎn) 和其他小目標(biāo)的干擾,提高了計(jì)算準(zhǔn)確度與精度。
[0005] 為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方 法,其中包括以下步驟:
[0006] 步驟一、圖像二值化;
[0007] 利用二值化的閾值T,對利用紅外探測器對整個(gè)地平圈成像的圖像進(jìn)行二值化;掃 描整幅圖像,將圖像中像素點(diǎn)的灰度值小于閾值T的點(diǎn)作為背景點(diǎn),將背景點(diǎn)的灰度值置為 〇,并將像素點(diǎn)的灰度值大于閾值T的點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn),將目標(biāo)點(diǎn)的灰度值置為255;
[0008] 步驟二、連通域的標(biāo)記、合并,和最大連通域提??;
[0009] 從左至右、從上至下掃描二值化后的圖像,對掃描到的目標(biāo)點(diǎn)采用四連通的方法 來標(biāo)記其連通域;
[0010] 對具有不同標(biāo)記,但是屬于相同連通域的像素點(diǎn)進(jìn)行連通域的合并;按照地球在 成像平面上屬于最大連通域且為圓形的圖像特性,對合并后的連通域提取最大連通域,并 保存其相關(guān)信息;
[0011] 步驟三、邊緣提取,利用目標(biāo)特性進(jìn)一步確認(rèn)目標(biāo)連通域;
[0012] 利用sobel邊緣提取算法的水平邊緣檢測算子Gx和垂直邊緣檢測算子Gy,對步驟 二提取出的圓形的最大連通域進(jìn)行邊緣提??;
[0013] 將邊緣提取后的目標(biāo)圓置于極坐標(biāo)系下,使極軸沿逆時(shí)針掃過目標(biāo)圓,根據(jù)極軸 以最小極角Θmin和最大極角Gmax分別與目標(biāo)圓相切時(shí)目標(biāo)圓圓心到切點(diǎn)的距離R2、R3,以及 在極軸以極角S 1與目標(biāo)圓交于兩個(gè)交點(diǎn)且這兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離為最長弦長I1時(shí)得到的半 徑參數(shù)Rl = li/2,判斷Rl,R2,R3三值接近且誤差在設(shè)定的閾值范圍ε之內(nèi)時(shí),確認(rèn)提取出的 最大連通域即為目標(biāo)連通域;
[0014] 步驟四:對地姿態(tài)解算;
[0015] 利用重心法求取地球的中心,按圓的面積公式計(jì)算出地球半徑;設(shè)圖像有效面陣 大小為Nx X Ny,視場角為Fo Vx X Fovy,X方向每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的角度為Fo vx/Nx,Y方向上每個(gè) 像素點(diǎn)對應(yīng)的角度為F〇Vy/N y,根據(jù)地球的中心坐標(biāo)(Xs,ys)得出中心偏離探測器的角度,X 方向?yàn)楦┭鼋铅郸樱琘方向?yàn)闈L動(dòng)角Φ Ρ,計(jì)算如下:
[0016] ΦΓ = (xs-Nx/2) XFovx/Nx
[0017] Φρ= (ys_Ny/2) XFoVy/Ny〇
[0018] 優(yōu)選地,將掃描到的目標(biāo)點(diǎn)作為當(dāng)前點(diǎn),根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)的左前點(diǎn)Left、右后點(diǎn)Right、 正上方點(diǎn)Top、正下方點(diǎn)Bottom的標(biāo)記狀態(tài),對該當(dāng)前點(diǎn)進(jìn)行連通域標(biāo)記,包含以下過程:
[0019] A、當(dāng)Left點(diǎn)和Top點(diǎn)的灰度值均為0時(shí),為當(dāng)前點(diǎn)標(biāo)記一個(gè)新的標(biāo)記點(diǎn);
[0020] B、當(dāng)Left點(diǎn)的灰度值為0且Top點(diǎn)被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Top點(diǎn)的標(biāo)記一致;
[0021] C、當(dāng)Top點(diǎn)的灰度值為0且Left點(diǎn)被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記一 致;
[0022] D、當(dāng)Top點(diǎn)與Left點(diǎn)均被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記一致;
[0023]若Top點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記一致,則轉(zhuǎn)向A,重新循環(huán)當(dāng)前點(diǎn)的下一個(gè)像素點(diǎn); 若Top點(diǎn)的標(biāo)記與Lef t點(diǎn)的標(biāo)記不一致,將Lef t點(diǎn)與Top點(diǎn)的標(biāo)記稱為有效標(biāo)記對,并對應(yīng) 地將有效標(biāo)記對中L e f t點(diǎn)的標(biāo)記和T 〇 p點(diǎn)的標(biāo)記分別存入一維數(shù)組L A r r r y和一維數(shù)組 TArray中,轉(zhuǎn)向E;
[0024] E、當(dāng)出現(xiàn)有效標(biāo)記對時(shí),搜索當(dāng)前點(diǎn)所在一列中已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn),若這一列 中已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn)的標(biāo)記與Top點(diǎn)一致,將這一列中已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn)標(biāo)記為與 Left點(diǎn)一致,轉(zhuǎn)向A,重新循環(huán)當(dāng)前點(diǎn)的下一個(gè)像素點(diǎn)。
[0025] 優(yōu)選地,為了合并連通域,在對整幅圖像標(biāo)記完成后,根據(jù)有效標(biāo)記對的數(shù)組 LArrry和TArray搜索圖像;若搜索到與TArray數(shù)組中一致的標(biāo)記點(diǎn),則將其置為與TArray 數(shù)組對應(yīng)的LArray數(shù)組中的標(biāo)記,循環(huán)反復(fù)直至整個(gè)有效標(biāo)記對數(shù)組確認(rèn)完畢,完成連通 域的合并;
[0026] 為了提取最大連通區(qū)域,統(tǒng)計(jì)具有相同標(biāo)記的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù),并得到具有相同標(biāo) 記的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的最大值S及對應(yīng)像素點(diǎn)的Xc;, y。坐標(biāo),將對應(yīng)像素點(diǎn)的Xc;,y。坐標(biāo)存在像素 坐標(biāo)數(shù)組XArray與YArray中。
[0027] 優(yōu)選地,將邊緣提取后的目標(biāo)圓置于極坐標(biāo)系下,使極軸沿逆時(shí)針掃過目標(biāo)圓,建 立極坐標(biāo)系下目標(biāo)連通域邊緣像素點(diǎn)的查找表(Θ,Ρ)和(0,1,1, 7),在查找表中記錄以下內(nèi) 容并以極角Θ作為關(guān)鍵字索引:
[0028] 極軸以最小極角0min與目標(biāo)圓相切時(shí)與最小極角0min對應(yīng)的極徑pQ、交點(diǎn)坐標(biāo)( χο, yo)和弦長Io = O;
[0029] 極軸與目標(biāo)圓有兩個(gè)交點(diǎn)時(shí)的每個(gè)極角Θ,和與每個(gè)極角Θ對應(yīng)的一個(gè)長度短的極 徑P和一個(gè)長度長的極徑P",該極徑P對應(yīng)的交點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)和該極徑P"對應(yīng)的交點(diǎn)坐標(biāo) (x",y"),和兩個(gè)交點(diǎn)之間圓的弦長1;其中,每個(gè)極角θ由小到大排序直到與目標(biāo)圓的最長 弦長h對應(yīng)的極角9 i;
[0030] 極軸以最大極角0max與目標(biāo)圓相切時(shí)與最大極角0max對應(yīng)的極徑pn、交點(diǎn)坐標(biāo)( Xn, yn)和弦長1η = 0。
[0031 ]優(yōu)選地,設(shè)極坐標(biāo)系的原點(diǎn)0,目標(biāo)圓的圓心點(diǎn)s,極軸以最小極角0min與目標(biāo)圓相 切的切點(diǎn)C1,極軸以最大極角0max與目標(biāo)圓相切的切點(diǎn)C2;
[0032] 在直角三角形SOCi中,計(jì)算線段sci = tan(9i-0min)*p(),$R2 = sci;
[0033] 在直角三角形soC2中,計(jì)算線段sc2 = tan(9max-0i)*pn,$R3 = sc2;
[0034] 若R1,R2,R3滿足如下關(guān)系:
[0035] Rl-R2|<e
[0036] Rl-R3|<e
[0037] R2-R3|<e
[0038] 表示R1、R2、R3三值接近且誤差在設(shè)定的閾值范圍ε之內(nèi),則確認(rèn)提取出的最大連 通區(qū)域即為目標(biāo)連通區(qū)域。
[0039] 優(yōu)選地,通過累加,得到像素坐標(biāo)數(shù)組XArray中坐標(biāo)X。的和,及像素坐標(biāo)數(shù)組 YArray中坐標(biāo)y。的和,分別除以步驟二中得到的具有相同標(biāo)記的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的最大值S,得 到地球的中心坐標(biāo)X s,ys。
[0040] 本發(fā)明公開的一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,具有的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0041] (1)本發(fā)明通過提取最大連通域?yàn)槟繕?biāo)區(qū)域,去除了噪聲點(diǎn)和其他小目標(biāo)的干擾;
[0042] (2)本發(fā)明利用目標(biāo)的圓特性來進(jìn)一步確認(rèn)目標(biāo)區(qū)域,提高了計(jì)算準(zhǔn)確度與精度;
[0043] (3)本發(fā)明建立了極坐標(biāo)系下的查找表進(jìn)行索引,進(jìn)一步加快了求取時(shí)間。
[0044] 本發(fā)明的方法尤其在噪聲點(diǎn)較多,其他干擾目標(biāo)區(qū)域小于待提取目標(biāo),待提取目 標(biāo)區(qū)域較規(guī)范的情況下,具有很好的效果。
【附圖說明】
[0045] 圖1:本發(fā)明提出的一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法的流程圖;
[0046] 圖2:本發(fā)明提出的連通域標(biāo)記示意圖;
[0047]圖3:本發(fā)明提出的sobel水平與垂直檢測算子示意圖;
[0048] 圖4:本發(fā)明提出的利用目標(biāo)圓特性確認(rèn)目標(biāo)區(qū)域示意圖;
[0049] 圖5:本發(fā)明提出的極坐標(biāo)系下建立的查找表示意圖;
[0050] 圖6:本發(fā)明提出的極坐標(biāo)系下建立的另一查找表示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0052] 地球是一個(gè)扁率很小的球體,其平均溫度約為247K,而它的冷空間背景的溫度僅 為4K,因此在外層空間的不同方向上看地球,地球是一個(gè)在冷背景上"灼熱"的圓盤。本發(fā)明 中利用紅外探測器對整個(gè)地平圈成像,對紅外圖像進(jìn)行預(yù)處理后得到質(zhì)量較好的灰度圖 像,采用相應(yīng)的算法對該灰度圖像進(jìn)行處理,提取出地球的中心和半徑,將計(jì)算得到的地球 中心坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的姿態(tài)角,達(dá)到解算姿態(tài)的目的。
[0053] 本發(fā)明提出一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,如圖1所示,具體包括以下幾個(gè) 步驟:
[0054]步驟一:圖像二值化;
[0055]利用二值化的閾值T,對圖像進(jìn)行二值化。掃描整幅圖像,判斷圖像像素的灰度值 G,若G〈T,則認(rèn)為該點(diǎn)為背景點(diǎn),將該像素點(diǎn)的灰度值置為0,若G>T,則認(rèn)為該點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn), 將該像素點(diǎn)的灰度值置為255。
[0056] 步驟二:連通域分割;
[0057]對具有不同標(biāo)記,但是屬于相同連通域的像素點(diǎn)進(jìn)行連通域的合并。按照圖像特 性,地球在成像平面上屬于最大連通域且為圓形,因此,對合并后的連通域,提取最大連通 域作為目標(biāo)連通域,并保存其相關(guān)信息。
[0058] (1)標(biāo)記連通域;
[0059]如圖2a所示,從左至右,從上至下掃描圖像,設(shè)當(dāng)前點(diǎn)G的四連通域的四個(gè)點(diǎn)分別 為左前點(diǎn)Left,右后點(diǎn)Right,正上方的點(diǎn)Top,正下方點(diǎn)Bottom。當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記分為以下幾 種情況:
[0060] (A)當(dāng)Left點(diǎn)和Top點(diǎn)的灰度值均為0時(shí),為當(dāng)前點(diǎn)標(biāo)記一個(gè)新的標(biāo)記點(diǎn),參見圖 2b;
[0061] (B)當(dāng)Left點(diǎn)的灰度值為0,Τ〇ρ點(diǎn)被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Top點(diǎn)的標(biāo)記一致, 參見圖2c;
[0062] (C)當(dāng)Top點(diǎn)的灰度值為0,Left點(diǎn)被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記一 致,參見圖2d;
[0063] (D)當(dāng)Top點(diǎn)與Lef t點(diǎn)均被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Lef t點(diǎn)的標(biāo)記一致,參見圖 2e〇
[0064]若Top點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記一致,則轉(zhuǎn)向(A),重新循環(huán)下一個(gè)像素點(diǎn);若Top 點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記不一致,記錄下Left與Top點(diǎn)的標(biāo)記,稱為有效標(biāo)記對,將其對應(yīng) 存入二個(gè)一維數(shù)組LArrry (存放Left點(diǎn)的標(biāo)記)與TArray (存放與Left電對應(yīng)的Top點(diǎn)的標(biāo) 記)中,轉(zhuǎn)向(E);
[0065] (E)當(dāng)出現(xiàn)有效標(biāo)記對時(shí),搜索這一列中已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn),若搜索到這一列中 已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn)的標(biāo)記與Top-致,將這一列中已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn)標(biāo)記為與Left點(diǎn) 一致。轉(zhuǎn)向(A),重新循環(huán)下一個(gè)像素點(diǎn)。
[0066] (2)合并連通域;
[0067]整幅圖像標(biāo)記完成后,根據(jù)步驟二中得到的有效標(biāo)記對數(shù)組,搜索圖像,若遇見與 TArray數(shù)組中一致的標(biāo)記點(diǎn),則將其置為與TArray數(shù)組對應(yīng)的LArray數(shù)組中的標(biāo)記,循環(huán) 反復(fù)直至整個(gè)有效標(biāo)記對數(shù)組確認(rèn)完畢,連通域合并完畢。
[0068] (3)提取最大連通區(qū)域;
[0069] 統(tǒng)計(jì)具有相同標(biāo)記的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù),并得到具有相同標(biāo)記的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的最大值 S及對應(yīng)像素點(diǎn)的X。,y。坐標(biāo),存在像素坐標(biāo)數(shù)組XArray與YArray中。
[0070] 步驟三:邊緣提取,利用圓特性進(jìn)一步確認(rèn)連通域;
[0071] (1)邊緣提取;
[0072] 利用sobel邊緣提取算法對步驟二提出的圓形目標(biāo)連通域進(jìn)行邊緣提取。Sobel邊 緣算子如圖3所示,Gx為水平邊緣檢測算子,Gy為垂直邊緣檢測算子。
[0073] (2)建立極坐標(biāo)系下目標(biāo)連通域邊緣像素點(diǎn)的查找表;
[0074]如圖4所示,建立以0點(diǎn)為中心,OL軸為極軸的極坐標(biāo)系,將邊緣提取后的目標(biāo)圓置 于該坐標(biāo)系下,將極軸沿逆時(shí)針掃過,則圓上的點(diǎn)與極軸的交點(diǎn)有兩種情況:
[0075] (A)圓與極軸有兩個(gè)交點(diǎn)
[0076] 圓與極軸有兩個(gè)交點(diǎn),且兩個(gè)交點(diǎn)的極角Θ相等,每個(gè)極角Θ對應(yīng)著兩個(gè)極徑p和 P〃。兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離稱為圓的弦,最長弦長I 1即為圓的直徑,極角SS1,由此可以確定判 定圓的一個(gè)半徑參數(shù)Rl = li/2。
[0077] (B)圓與極軸有一個(gè)交點(diǎn)
[0078] 即圓兩側(cè)的兩條切線,對應(yīng)著最小極角0min和最大極角0max,與0min對應(yīng)的圓切線交 圓于點(diǎn)Cl,與Q max對應(yīng)的圓切線與圓交于點(diǎn)C2。
[0079] 在極坐標(biāo)系OL中,圓上每個(gè)邊緣點(diǎn)對應(yīng)的極角Θ都能對應(yīng)得到一個(gè)弦長1,每個(gè)弦 長1可對應(yīng)得到兩個(gè)交點(diǎn)的坐標(biāo)(兩側(cè)切線除外),同時(shí),每個(gè)Θ對應(yīng)著兩個(gè)極徑P和P"(兩側(cè) 切線除外),據(jù)此建立如圖5-6所示以極角Θ作為關(guān)鍵字索引的查找表。
[0080] 其中,(θ,ρ)查找表中最大極角0max和最小極角0min對應(yīng)的極徑pQ、p n分別記在該查 找表的首末兩端;其他的每個(gè)極角Θ對應(yīng)的兩個(gè)極徑的排列方式為極徑長度短的P在前,極 徑長度長的P"在后。(0,l,x,y)查找表中極角Θ對應(yīng)與圓的兩個(gè)交點(diǎn)坐標(biāo)的排列方式為極徑 長度短的坐標(biāo)(X,y)在前,極徑長度長的坐標(biāo)(X",y")在后。
[0081 ]最大極角Qmax和最小極角0min對應(yīng)的極軸與圓只有一個(gè)交點(diǎn),分別為(XO,yo )和(Xn, yn),定義與之相應(yīng)的弦長l〇,ln為0,記錄在該查找表的首末兩端。根據(jù)與圓有兩個(gè)交點(diǎn)時(shí)的 交點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)和(X",y"),計(jì)算與極角θ對應(yīng)的弦長:
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] (3)確認(rèn)目標(biāo)連通域
[0087]與0min對應(yīng)的圓切線與圓交于點(diǎn)C1,設(shè)圓心坐標(biāo)為s,則在直角三角形socl中,Z S〇Cl = 0i-0min,線段Ocl的長度即為(θ,ρ)查找表中0min對應(yīng)的極徑p〇,則在直角三角形S 0C1 中,sci = tan(9i-0min)*p(),令R2 = sci。同理,在直角三角形SOC2中,線段0c2的長度即為(θ,p) 查找表中 9max對應(yīng)的極徑Pn,Z SOC2 = 0max_0i,SC2 = tan ( 9max_0i )*pn,令R3 = SC2 〇
[0088] 若R1,R2,R3滿足如下關(guān)系:
[0089] Rl-R2|<e
[0090] Rl-R3|<e
[0091] R2-R3|<e
[0092] 表示R1、R2、R3三值接近且誤差在設(shè)定的閾值范圍ε之內(nèi),則確認(rèn)提取出的連通區(qū) 域即為目標(biāo)連通區(qū)域。
[0093]步驟四:對地姿態(tài)解算;
[0094] 利用重心法求取地球的中心,按圓的面積公式計(jì)算出半徑。即,根據(jù)圓的面積公式 S = JiR2可以求得地球的半徑R;累加數(shù)組XArray中Xc坐標(biāo)的和,及數(shù)組YArray中y c坐標(biāo)的和, 分別除以像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)(即步驟二中得到的數(shù)值S),得到地球的中心坐標(biāo)(xs,ys)。
[0095] 設(shè)圖像有效面陣大小為Nx X Ny,視場角為Fo vx X Fovy,X方向每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的角 度為F〇Vx/Nx,Y方向上每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的角度為F 〇Vy/Ny,根據(jù)地球的中心坐標(biāo)(xs,ys),可得 出中心偏離探測器的角度:X方向?yàn)楦┭鼋铅?!·,Y方向?yàn)闈L動(dòng)角Φ P,大小為:
[0096] ΦΓ = (xs-Nx/2) XFovx/Nx
[0097] Φρ= (ys-Ny/2) XFovy/Ny
[0098] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹,但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后,對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,其特征在于,包括以下步驟: 步驟一、圖像二值化; 利用二值化的閾值T,對利用紅外探測器對整個(gè)地平圈成像的圖像進(jìn)行二值化;掃描整 幅圖像,將圖像中像素點(diǎn)的灰度值小于閾值T的點(diǎn)作為背景點(diǎn),將背景點(diǎn)的灰度值置為0,并 將像素點(diǎn)的灰度值大于閾值T的點(diǎn)作為目標(biāo)點(diǎn),將目標(biāo)點(diǎn)的灰度值置為255; 步驟二、連通域的標(biāo)記、合并,和最大連通域提??; 從左至右、從上至下掃描二值化后的圖像,對掃描到的目標(biāo)點(diǎn)采用四連通的方法來標(biāo) 記其連通域; 對具有不同標(biāo)記,但是屬于相同連通域的像素點(diǎn)進(jìn)行連通域的合并;按照地球在成像 平面上屬于最大連通域且為圓形的圖像特性,對合并后的連通域提取最大連通域,并保存 其相關(guān)信息; 步驟三、邊緣提取,利用目標(biāo)特性進(jìn)一步確認(rèn)目標(biāo)連通域; 利用sobel邊緣提取算法的水平邊緣檢測算子Gx和垂直邊緣檢測算子Gy,對步驟二提 取出的圓形的最大連通域進(jìn)行邊緣提??; 將邊緣提取后的目標(biāo)圓置于極坐標(biāo)系下,使極軸沿逆時(shí)針掃過目標(biāo)圓,根據(jù)極軸以最 小極角Qmin和最大極角9max分別與目標(biāo)圓相切時(shí)目標(biāo)圓圓心到切點(diǎn)的距離R2、R3,以及在極 軸以極角0 1與目標(biāo)圓交于兩個(gè)交點(diǎn)且這兩個(gè)交點(diǎn)之間的距離為最長弦長^寸得到的半徑參 數(shù)R1 = li/2,判斷R1,R2,R3三值接近且誤差在設(shè)定的閾值范圍ε之內(nèi)時(shí),確認(rèn)提取出的最大 連通域即為目標(biāo)連通域; 步驟四:對地姿態(tài)解算; 利用重心法求取地球的中心,按圓的面積公式計(jì)算出地球半徑;設(shè)圖像有效面陣大小 為Νχ X Ny,視場角為Fovx X Fovy,X方向每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的角度為Fovx/Nx,Υ方向上每個(gè)像素 點(diǎn)對應(yīng)的角度為F 〇Vy/Ny,根據(jù)地球的中心坐標(biāo)(Xs,ys)得出中心偏離探測器的角度,X方向 為俯仰角Φ r,Y方向?yàn)闈L動(dòng)角Φ p,計(jì)算如下: Φγ = (xs-Nx/2) XFovx/Nx Φρ = (yS-Ny/2) XF〇Vy/Ny。2. 如權(quán)利要求1所述基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,其特征在于, 將掃描到的目標(biāo)點(diǎn)作為當(dāng)前點(diǎn),根據(jù)當(dāng)前點(diǎn)的左前點(diǎn)L e f t、右后點(diǎn)R i g h t、正上方點(diǎn) Top、正下方點(diǎn)Bottom的標(biāo)記狀態(tài),對該當(dāng)前點(diǎn)進(jìn)行連通域標(biāo)記,包含以下過程: A、 當(dāng)Lef t點(diǎn)和Top點(diǎn)的灰度值均為0時(shí),為當(dāng)前點(diǎn)標(biāo)記一個(gè)新的標(biāo)記點(diǎn); B、 當(dāng)Left點(diǎn)的灰度值為0且Top點(diǎn)被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Top點(diǎn)的標(biāo)記一致; C、 當(dāng)Top點(diǎn)的灰度值為0且Left點(diǎn)被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記一致; D、 當(dāng)Top點(diǎn)與Lef t點(diǎn)均被標(biāo)記時(shí),使當(dāng)前點(diǎn)的標(biāo)記與Lef t點(diǎn)的標(biāo)記一致; 若Top點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記一致,則轉(zhuǎn)向A,重新循環(huán)當(dāng)前點(diǎn)的下一個(gè)像素點(diǎn);若 Top點(diǎn)的標(biāo)記與Left點(diǎn)的標(biāo)記不一致,將Left點(diǎn)與Top點(diǎn)的標(biāo)記稱為有效標(biāo)記對,并對應(yīng)地 將有效標(biāo)記對中Left點(diǎn)的標(biāo)記和Top點(diǎn)的標(biāo)記分別存入一維數(shù)組LArrry和一維數(shù)組TArray 中,轉(zhuǎn)向E; E、 當(dāng)出現(xiàn)有效標(biāo)記對時(shí),搜索當(dāng)前點(diǎn)所在一列中已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn),若這一列中已 經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn)的標(biāo)記與Top點(diǎn)一致,將這一列中已經(jīng)標(biāo)記完的像素點(diǎn)標(biāo)記為與Left點(diǎn) 一致,轉(zhuǎn)向A,重新循環(huán)當(dāng)前點(diǎn)的下一個(gè)像素點(diǎn)。3. 如權(quán)利要求2所述基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,其特征在于, 為了合并連通域,在對整幅圖像標(biāo)記完成后,根據(jù)有效標(biāo)記對的數(shù)組LArrry和TArray 搜索圖像;若搜索到與TArray數(shù)組中一致的標(biāo)記點(diǎn),則將其置為與TArray數(shù)組對應(yīng)的 LArray數(shù)組中的標(biāo)記,循環(huán)反復(fù)直至整個(gè)有效標(biāo)記對數(shù)組確認(rèn)完畢,完成連通域的合并; 為了提取最大連通區(qū)域,統(tǒng)計(jì)具有相同標(biāo)記的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù),并得到具有相同標(biāo)記的 像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的最大值S及對應(yīng)像素點(diǎn)的Xc;,y。坐標(biāo),將對應(yīng)像素點(diǎn)的Xc;,y。坐標(biāo)存在像素坐標(biāo) 數(shù)組 XArray 與 YArray 中。4. 如權(quán)利要求1或3所述基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,其特征在于, 將邊緣提取后的目標(biāo)圓置于極坐標(biāo)系下,使極軸沿逆時(shí)針掃過目標(biāo)圓,建立極坐標(biāo)系 下目標(biāo)連通域邊緣像素點(diǎn)的查找表(θ,ρ)和(0,l,x,y),在查找表中記錄以下內(nèi)容并以極角 Θ作為關(guān)鍵字索引: 極軸以最小極角9min與目標(biāo)圓相切時(shí)與最小極角9min對應(yīng)的極徑PQ、交點(diǎn)坐標(biāo)(XQ,yQ )和 弦長1〇 = 〇; 極軸與目標(biāo)圓有兩個(gè)交點(diǎn)時(shí)的每個(gè)極角Θ,和與每個(gè)極角Θ對應(yīng)的一個(gè)長度短的極徑p 和一個(gè)長度長的極徑P",該極徑P對應(yīng)的交點(diǎn)坐標(biāo)(X,y)和該極徑P"對應(yīng)的交點(diǎn)坐標(biāo)(X", y"),和兩個(gè)交點(diǎn)之間圓的弦長1;其中,每個(gè)極角θ由小到大排序直到與目標(biāo)圓的最長弦長 h對應(yīng)的極角9i; 極軸以最大極角與目標(biāo)圓相切時(shí)與最大極角9max對應(yīng)的極徑pn、交點(diǎn)坐標(biāo)(xn,y n)和 弦長1η = 0。5. 如權(quán)利要求4所述基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,其特征在于, 設(shè)極坐標(biāo)系的原點(diǎn)〇,目標(biāo)圓的圓心點(diǎn)S,極軸以最小極角0min與目標(biāo)圓相切的切點(diǎn)C1,極 軸以最大極角與目標(biāo)圓相切的切點(diǎn)C2; 在直角三角形S0C1 中,計(jì)算線段sci = tan(9i-0min)*p(),$R2 = sci; 在直角三角形S0C2中,計(jì)算線段sc2 = tan(9max-0i)*pn,$R3 = sc2; 若R1,R2,R3滿足如下關(guān)系: Rl-R2|<e Rl-R3|<e R2-R3|<e 表示R1、R2、R3三值接近且誤差在設(shè)定的閾值范圍ε之內(nèi),則確認(rèn)提取出的最大連通區(qū) 域即為目標(biāo)連通區(qū)域。6. 如權(quán)利要求5所述基于面積法的對地姿態(tài)解算方法,其特征在于, 通過累加,得到像素坐標(biāo)數(shù)組XArray中坐標(biāo)xc的和,及像素坐標(biāo)數(shù)組YArray中坐標(biāo)yc的 和,分別除以步驟二中得到的具有相同標(biāo)記的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)的最大值S,得到地球的中心坐標(biāo) xs,ys〇
【文檔編號】G06T7/00GK106056574SQ201610290603
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】伍玲玲, 竇偉, 鄭循江, 井麗紅, 龐歡
【申請人】上海航天控制技術(shù)研究所