专利名称：一种基于灰度图像的陨石坑检测方法
技术领域：
本发明属于属于航天信息处理技术领域，具体指的是一种基于灰度图像的陨石坑检测方法。
背景技术：
陨石坑又称陨石冲击坑，是陨石体高速撞击地表或其他天体表面所形成的坑穴，大的陨石坑又称环形山。陨石坑一般呈圆形构造，大多数陨石坑都保存有较好的坑唇，即环形山坑缘。陨石坑是包括月球、火星等星球表面最常见的地质形态，具有分布广、面积大、图像特征明显等特点。当前，随着探索宇宙步伐的深入和加速，人类已经掌握了由探测器、轨道卫星所携带的CCD摄像机拍摄并传回大量的月球、火星等表面的灰度图像，利用这类图像研究陨石坑的分布、大小和范围等意义重大:首先，通过研究陨石坑的大小和分布情况可以确定星球表面该地区的地质年龄，了解该星球表面的地质活动情况，分析该星球表面的物质结构和元素构成等；其次，通过陨石坑检测技术，可以对当前正在建设过程中的各星球表面特征数据库起到相当的推动作用；最后，陨石坑作为探测器着陆需要规避的障碍物之一和视觉导航的重要地面标志物，研究陨石坑检测算法对实现探测器在星球表面安全自主着陆有着重要意义。正是由于陨石坑检测的重要性，近年来，各国学者纷纷致力于研究从图像中自主检测陨石坑的方法，总结现有的陨石坑检测方法，大体上可以分为非监督检测方法，监督检测方法和组合式检测方法三类。其存在的主要不足如下:①在周围地形相对简单的情况下，基于边缘信息的非监督检测算法特别适用于较大的陨石坑的检测，但是该类方法随着陨石坑分布密集程度的加深，其检测成功率会迅速下降；②监督算法仅适用于较小的陨石坑检测；③无论是非监督检测方法，监督检测方法还是组合式检测方法，均没有在检测陨石坑前对陨石坑进行初步的定位，以提高检测的速度。探测器着陆过程中陨石坑检测的特点如下:①在探测器着陆区域中，陨石坑区域占整个图像区域的比例较小；②作为障碍物的陨石坑，其边缘特征明显，边缘模糊的陨石坑对探测器着陆不构成威胁；③就单个陨石坑而言，在灰度图上呈圆状，内部可以明显地分为亮区域和暗区域。Bandeira边缘检测是Bandeira等人于2006年首先提出的,其主要是利用陨石坑区域内部图像具有明显的明暗变化的结构特点，完成陨石坑边缘的检测和增强，其算法的计算量较大。传统Hough变换在椭圆拟合中的参数高维性带来了巨大计算量，弦中点Hough变换建立在以下原理的基础上:平面上一点，如果任意通过该点的椭圆的弦被该点平分，则该点为椭圆的中心。利用这一原理，弦中点Hough变换首先提取出圆(椭圆)的中心点，以达到降维的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，针对探测器着陆过程中陨石坑检测的特点，给出一种基于灰度图像的陨石坑检测方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种基于灰度图像的陨石坑检测方法，所述陨石坑检测方法步骤如下:步骤A,陨石坑候选区域确定所述陨石坑候选区域确定就是在整个待检测图像范围内，提取出包含至少一个陨石坑的子区域；将原图像分成若干个区域，去除不包括陨石坑的平整区域，将包含陨石坑的区域单独提取出来；在提取出的区域内进行陨石坑检测；步骤B，陨石坑区域初提取首先对每一个陨石坑候选区域通过Bandeira边缘检测和去噪处理获取陨石坑候选区域的二值边缘图像，利用基于亮、暗边缘的弦中点Hough变换的方法，通过圆形对每个陨石坑边缘进行拟合，得到每个陨石坑的中心点坐标和半径；步骤C,卩员石坑确定根据拟合出的陨石坑中心点坐标和半径参数，获取每一个陨石坑正方形区域，利用模板匹配的方法进行陨石坑确定。所述步骤A陨石坑候选区域确定的步骤如下:步骤A-1，计算图像中每一个像素点处χ和y方向上的梯度；其计算公式为:
权利要求
1.种基于灰度图像的陨石坑检测方法，其特征在于，所述陨石坑检测方法步骤如下: 步骤A，陨石坑候选区域确定 所述陨石坑候选区域确定就是在整个待检测图像范围内，提取出包含至少一个陨石坑的子区域；将原图像分成若干个区域，去除不包括陨石坑的平整区域，将包含陨石坑的区域单独提取出来；在提取出的区域内进行陨石坑检测； 步骤B，陨石坑区域初提取 首先对每一个陨石坑候选区域通过Bandeira边缘检测和去噪处理获取陨石坑候选区域的二值边缘图像，利用基于亮、暗边缘的弦中点Hough变换方法，对每个陨石坑边缘与圆形进行拟合，得到每个陨石坑的中心点坐标和半径； 步骤C,陨石坑确定 根据拟合出的陨石坑的中心点坐标和半径，获取每一个陨石坑正方形区域，利用模板匹配的方法进行陨石坑确定。
2.据权利要求1所述的一种基于灰度图像的陨石坑检测方法，其特征在于，所述步骤A陨石坑候选区域确定的步骤如下: 步骤A-1，计算图像中每一个像素点处X方向上的梯度Ix(x，y)和y方向上的梯度Iy (x, y);其计算公式为:
3.据权利要求1所述的一种基于灰度图像的陨石坑检测方法，其特征在于，所述步骤B中基于亮、暗边缘的弦中点Hough变换方法，其过程是: 步骤B-1，根据二值图像确定像素值为I的单联通区域的数量，并标记出每个独立的单联通区域； 步骤B-2，取出任意两个单联通区域，利用弦中点Hough变换方法计算中心点和半径；步骤B-3，重复步骤B-2，直到所有单联通区域处理完成，得到每个陨石坑的中心点坐标和半 径。
全文摘要
本发明提供了一种基于灰度图像的陨石坑检测方法，所述方法检测由CCD摄像机拍摄的星球表面灰度图像中的陨石坑，主要适用于探测器自主着陆过程中的陨石坑检测。该发明根据预定着陆区域和陨石坑灰度图像的特点，首先进行陨石坑候选区域确定，完成对陨石坑区域的初选，缩小陨石坑检测的范围；其次，根据陨石坑具有亮、暗边缘的特点，采用陨石坑边缘拟合弦中点Hough变换，同时和Bandeira边缘检测结合完成陨石坑区域初提取；最后利用模板匹配判断区域中的陨石坑。所述方法改善了算法的实时性，易于实现。
文档编号G06T7/00GK103093463SQ20131001383
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者丁萌, 魏丽, 王西超, 曹云峰, 吴庆宪 申请人:南京航空航天大学