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