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1、(10)申请公布号 CN 104134212 A (43)申请公布日 2014.11.05 CN 104134212 A (21)申请号 201410354415.9 (22)申请日 2014.07.23 G06T 7/00(2006.01) G06K 9/00(2006.01) (71)申请人 北京控制工程研究所 地址 100080 北京市海淀区北京 2729 信箱 (72)发明人 郭绍刚 赵春晖 谌颖 刘鲁 刘启海 华宝成 龚德铸 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 安丽 (54) 发明名称 一种不规则光点的质心定位方法 (57) 摘要 一种不规则光点的质心定位。
2、方法， 交会测量 相机对安装在目标飞行器上的合作目标标志器进 行成像， 在不同距离下目标成像会出现光点融合、 光点部分融合、 光点分离等不同的成像特点。 本发 明在合作目标几何特征匹配的基础上， 利用大光 标定位出小光标模板， 并用模板匹配、 多次阈值分 割的方法对未融合的小光标的质心进行定位。有 效地解决了不同的测量距离下目标图像特征变化 情况下的目标识别问题， 增加了敏感器的工作范 围和适应性。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 9 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书9页 附图4页 (10)申请公布号 CN。
3、 104134212 A CN 104134212 A 1/3 页 2 1. 一种不规则光点的质心定位方法， 其特征在于步骤如下 ： (1) 安装在飞船上的交会测量相机对安装在目标飞行器上的合作目标标志器进行成 像 ； 目标飞行器上的合作目标标志器包括3个大光标和5个小光标， 均分布在合作目标标志 器坐标系中， 具体见下表 ： (2) 通过阈值分割算法对步骤 (1) 中得到的图像进行光点提取， 获得全局图像中的基 本光点信息 ； 所述基本光点信息包括光点个数、 光点的像元数和光点位置在成像面坐标系 中的坐标 ； (3) 判断步骤 (2) 中得到的光点个数是否大于 4， 如果大于 4， 则进入步。
4、骤 (4)， 否则进 入步骤 (7) ； (4) 在所有光点中任选 5 个光点， 之后进入步骤 (5) ； (5)如果在所有光点中任选5个光点的组合已经遍历， 则进入步骤(11) ； 否则进入步骤 (6) ； (6) 对选择出的 5 个光点进行小光标匹配， 如果匹配成功， 则将中央小光标作为大光 标， 之后进入步骤 (7) ； 否则返回步骤 (4) ； (7) 判断光点个数是否大于 3， 如果大于 3， 则进入步骤 (8) ； 否则结束 ； (8)在除去步骤(6)中所述5个小光标之外的所有光点中任选3个光点， 之后进入步骤 (9) ； (9) 如果所述步骤 (8) 中任选的 3 个光点组合已经。
5、遍历， 则结束 ； 否则进入步骤 (10) ； (10) 对选择出的 3 个光点以及步骤 (6) 中的中央小光点进行大光标匹配， 如果匹配成 功， 则匹配出的所有的光点即为质心可用的光点， 否则返回步骤 (8) ； 进行大光标匹配具体为 ： (10.1) 将选择的 3 个光点， 挑选出在图像中的最上、 最下和最右的 3 个光点 ； (10.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最右的光点 权 利 要 求 书 CN 104134212 A 2 2/3 页 3 到圆心的距离与半径的差小于3个像素， 则进入步骤(10.3)， 否则说明本次选择的3个光点 不合要求， 匹配。
6、失败 ； (10.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最右的光点与最上最下连线的中点之间进 行连线， 如果两条连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (10.4) ； 否则匹配失败 ； (10.4) 最右的光点与最上最下连线的中点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标系中 X 轴的夹角在正负 13 度范围内， 则进入步骤 (10.5) ； 否则匹配失败 ； (10.5) 如果所述中央小光点与所述圆心的距离小于所述半径的四分之一， 则匹配成 功， 最上光点为第一大光标， 最右光点为第二大光标， 最下光点为第三大光标 ； (11) 在所有光点中任选 4 个光点， 之后进入步骤 (12) ； 。
7、(12) 如果所述步骤 (11) 中任选的 4 个光点组合已经遍历， 则结束 ； 否则进入步骤 (13) ； (13) 对选择出的 4 个光点进行大光标匹配， 如果匹配成功， 则匹配出的所有的光点即 为质心可用的光点， 否则返回步骤 (8) ； 进行大光标匹配具体为 ： (13.1) 在选择出的 4 个光点中， 挑选出在图像中的最上、 最下和最右的 3 个光点 ； (13.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最右的光点 到圆心的距离与半径的差小于3个像素， 则进入步骤(13.3)， 否则说明本次选择的3个光点 不合要求， 匹配失败 ； (13.3) 将最上和最下。
8、的光点之间进行连线， 最右的光点与最上最下连线的中点之间进 行连线， 如果两条连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (13.4) ； 否则匹配失败 ； (13.4) 最右的光点与最上最下连线的中点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标系中 X 轴的夹角在正负 13 度范围内， 则最上光点为第一大光标， 最右光点为第二大光标， 最下光 点为第三大光标， 之后进入步骤 (13.5) ； 否则匹配失败 ； (13.5) 以最上最下光点连线的中点为圆心， 以最上最下光点连线长度的 1/8 为半径， 确定出圆形的小光标搜索区域 ； (13.6) 统计所述小光标搜索区域中所有光点的数量 N， 如果 N。
9、 小于等于 0， 则返回步骤 (11) ； 如果 N4， 则进入步骤 (13.7) ； 如果 N 为 3 或者 4， 则进入 (13.8) ； 如果 N 为 1 或者 2， 则进入 (13.9) ； (13.7) 距离所述小光标搜索区域中心最近的光点为第五小光标， 匹配成功 ； (13.8) 进行小光标模板匹配， 将匹配成功的小光标、 第一大光标， 第二大光标和第三大 光标放在一个坐标数组中记录， 匹配成功 ； (13.9) 如果所述小光标搜索区域中光点的像元数大于第一大光标、 第二大光标和第三 大光标像元数平均值的两倍， 则进入步骤 (13.10)， 否则返回步骤 (11) ； (13.10。
10、) 在所述小光标搜索区域内， 将阈值增加 20 灰度级， 通过阈值分割算法进行光 点提取， 如果提取出的光点数大于等于 3， 则进入 (13.8)， 否则将阈值再次增加 20 灰度级， 重复执行本步骤 ； 如果阈值增加的次数大于 2 并且提取出的光点数量小于 3， 则将所述小光 标搜索区域内所有光点合成为一个中央大光点， 将中央大光点、 第一大光标， 第二大光标和 第三大光标放在一个坐标数组中记录， 匹配成功。 2.根据权利要求1所述的一种不规则光点的质心定位方法， 其特征在于 ： 所述步骤(6) 权 利 要 求 书 CN 104134212 A 3 3/3 页 4 进行小光标匹配具体为 ： 。
11、(2.1) 将选择的 5 个光点， 挑选出在图像中的最上、 最下、 最左和最右的四个光点 ； (2.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最左和最右两 个光点到圆心的距离与半径的差小于 3 个像素， 则进入步骤 (2.3)， 否则说明本次选择的 5 个光点不合要求， 匹配失败 ； (2.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最左与最右的光点之间进行连线， 如果两条 连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (2.4) ； 否则匹配失败 ； (2.4) 最左与最右的光点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标系中 X 轴的夹角在正 负 13 度范围内， 则进入步骤 。
12、(2.5) ； 否则匹配失败 ； (2.5) 如果剩余的一个光点与步骤 (2.2) 中所述圆心的距离小于所述半径的四分之 一， 则匹配成功， 该剩余的一个光点为第五小光标， 最上的光点为第一小光标， 最右的光点 为第二小光标， 最下的光点为第三小光标， 最左的光点为第四小光标。 3. 根据权利要求 1 所述的一种不规则光点的质心定位方法， 其特征在于 ： 所述小光标 模板匹配具体为 ： (3.1) 根据第一大光标、 第二大光标、 第三大光标的坐标位置确定出小光标模板 ： 第一 大光标和第三大光标的连线中点为圆心， 圆心位置为第五小光标的模板位置， 在圆心到第 一大光标的连线上， 距圆心为圆心到。
13、第一大光标距离的三分之一处， 为第一小光标的模板 位置 ； 在圆心到第二大光标的连线上， 距圆心为圆心到第二大光标距离的三分之一处， 为第 二小光标的模板位置 ； 在圆心到第三大光标的连线上， 距圆心为圆心到第三大光标距离的 三分之一处， 为第三小光标的模板位置 ； 在圆心到第二大光标连线的反向延长线上， 距圆心 为圆心到第二大光标距离的三分之一处， 为第四小光标的模板位置 ； (3.2) 将在所述小光标搜索区域中的提取出的光点与所述小光标模板中的五个小光标 位置进行比较， 如果光点与距离最近的模版中的小光标之间的距离小于 0.5 个像素， 则该 光点即为该小光标。 4. 根据权利要求 1 所。
14、述的一种不规则光点的质心定位方法， 其特征在于 ： 所述合作目 标标志器坐标系的 X 轴、 Y 轴的指向分别与目标飞行器本体坐标系的 Y 轴和 -Z 轴相同， 合 作目标标志器坐标系的 Z 轴由右手定则确定， 合作目标标志器坐标系的原点坐标为五个小 光标的坐标均值 ； 目标飞行器本体坐标系 ： 飞行器的质心为原点， 飞行器前进方向为 +X 轴， 飞行器的对 地面的方向为 +Z 轴， Y 轴由右手定则确定。 5. 根据权利要求 1 所述的一种不规则光点的质心定位方法， 其特征在于 ： 所述相面坐 标系是指 ： 原点为所述交会测量相机的成像芯片的左上角第一个像素位置， x 轴为沿水平 方向向右为正。
15、， y 轴为沿垂直方向向下为正。 权 利 要 求 书 CN 104134212 A 4 1/9 页 5 一种不规则光点的质心定位方法 技术领域 0001 本发明涉及一种不规则光点的质心定位方法， 应用于空间交会测量相机的目标识 别。 背景技术 0002 交会测量子系统由安装在飞船上的交会测量相机和安装在目标飞行器上的合作 目标标志器组成， 目标标志器由外围三个大光标和内部五个小光标， 按照图 1 中结构示意 图布置， 大小光标为近距离备份设计， 全程以大光标输出结果为主。 通过激光光源发光照射 由角反射构成的目标标志器， 经过角反射器光线原路返回照射平面镜， 光路折返后进入测 量相机形成测量图。
16、像， 根据视觉测量原理可以计算得到相机坐标系相对于目标标志器坐标 系的相对位置和相对速度、 相对姿态角和相对姿态角速度， 从而为 GNCC 提供相对导航的测 量信息。 0003 交会测量相机工作距离范围较大， 在远近不同距离下成像后的目标光点的间距变 化很大。需要保证远距离目标像点多目标融合， 又保证近距离目标像点不融合时均能正常 进行目标识别， 对图像处理算法提出了很高的要求。 0004 研制过程中提出了一种不规则光点的质心定位算法以提高相机在目标分离、 目标 融合、 分离融合过渡过程均能稳定提取计算的能力， 是基于传统图像处理技术与图像形态 学一体的目标定位技术， 为整个测量系统合理设计、。
17、 相机能够在大测量范围下稳定测量奠 定基础。 0005 文献如下 ： 0006 1 刘震、 尚砚娜等 , 多尺度光点图像中心的高精度定位 , 光学精密工程， 2013 年 第 21 卷第 6 期 0007 2WANG C， THORPE C， HEBERT M， et a1.Simultaneous Localization， Mapping and Moving Object TrackingJ.The International Journal of Robotics Research， 2007， 26(6). 0008 3CUMMINS.M，NEWMAN.P，Probabilistic。
18、 Localization and Mapping in the Space of Appearance,The International Journal of Robotics Research,2008,27(6):647-665. 0009 文献情况 ： 0010 文献 1 通过已知探测模板构造近似和阈值分割确定光点图像区域， 初步确定光 点图像大小。计算不同尺度空间下各光点图像区域的相似度矩阵， 与模板比对获得不规则 光点质心坐标 ； 0011 文献2的机理和文献1相似， 仅在相似度矩阵与模板比对过程中， 不是单帧计 算， 而是多帧联合实现动态过程的不规则光点质心定位 ； 0012 。
19、文献 3 通过分析图像和已知探测目标形态差异， 依据极大似然技术， 完成目标 图像配准， 获得高精度的融合光点质心定位结果。 说 明 书 CN 104134212 A 5 2/9 页 6 0013 文献1和2中需要引入已知目标固定探测模板， 无法进行模板的大范围变化， 不能实现大范围测量。文献 3 中极大似然算法虽然引入复杂的形态学处理机制， 能够获 得高精度的融合光点质心坐标， 但是算法过于复杂， 无法满足嵌入式系统的数据处理要求。 发明内容 0014 本发明的技术解决问题是 ： 克服现有技术的不足， 提供了一种不规则光点的质心 定位方法。 0015 本发明的技术解决方案是 ： 0016 一。
20、种不规则光点的质心定位方法， 步骤如下 ： 0017 (1) 安装在飞船上的交会测量相机对安装在目标飞行器上的合作目标标志器进行 成像 ； 目标飞行器上的合作目标标志器包括3个大光标和5个小光标， 均分布在合作目标标 志器坐标系中， 具体见下表 ： 0018 0019 0020 (2) 通过阈值分割算法对步骤 (1) 中得到的图像进行光点提取， 获得全局图像中 的基本光点信息 ； 所述基本光点信息包括光点个数、 光点的像元数和光点位置在成像面坐 标系中的坐标 ； 0021 (3) 判断步骤 (2) 中得到的光点个数是否大于 4， 如果大于 4， 则进入步骤 (4)， 否 则进入步骤 (7) ；。
21、 0022 (4) 在所有光点中任选 5 个光点， 之后进入步骤 (5) ； 0023 (5)如果在所有光点中任选5个光点的组合已经遍历， 则进入步骤(11) ； 否则进入 步骤 (6) ； 0024 (6) 对选择出的 5 个光点进行小光标匹配， 如果匹配成功， 则将中央小光标作为大 光标， 之后进入步骤 (7) ； 否则返回步骤 (4) ； 0025 (7) 判断光点个数是否大于 3， 如果大于 3， 则进入步骤 (8) ； 否则结束 ； 说 明 书 CN 104134212 A 6 3/9 页 7 0026 (8)在除去步骤(6)中所述5个小光标之外的所有光点中任选3个光点， 之后进入 。
22、步骤 (9) ； 0027 (9) 如果所述步骤 (8) 中任选的 3 个光点组合已经遍历， 则结束 ； 否则进入步骤 (10) ； 0028 (10) 对选择出的 3 个光点以及步骤 (6) 中的中央小光点进行大光标匹配， 如果匹 配成功， 则匹配出的所有的光点即为质心可用的光点， 否则返回步骤 (8) ； 0029 进行大光标匹配具体为 ： 0030 (10.1) 将选择的 3 个光点， 挑选出在图像中的最上、 最下和最右的 3 个光点 ； 0031 (10.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最右的 光点到圆心的距离与半径的差小于3个像素， 则进入步骤(1。
23、0.3)， 否则说明本次选择的3个 光点不合要求， 匹配失败 ； 0032 (10.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最右的光点与最上最下连线的中点之 间进行连线， 如果两条连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (10.4) ； 否则匹配失败 ； 0033 (10.4) 最右的光点与最上最下连线的中点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标 系中 X 轴的夹角在正负 13 度范围内， 则进入步骤 (10.5) ； 否则匹配失败 ； 0034 (10.5) 如果所述中央小光点与所述圆心的距离小于所述半径的四分之一， 则匹配 成功， 最上光点为第一大光标， 最右光点为第二大光标， 最下光点。
24、为第三大光标 ； 0035 (11) 在所有光点中任选 4 个光点， 之后进入步骤 (12) ； 0036 (12) 如果所述步骤 (11) 中任选的 4 个光点组合已经遍历， 则结束 ； 否则进入步骤 (13) ； 0037 (13) 对选择出的 4 个光点进行大光标匹配， 如果匹配成功， 则匹配出的所有的光 点即为质心可用的光点， 否则返回步骤 (8) ； 0038 进行大光标匹配具体为 ： 0039 (13.1) 在选择出的 4 个光点中， 挑选出在图像中的最上、 最下和最右的 3 个光点 ； 0040 (13.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最右的 。
25、光点到圆心的距离与半径的差小于3个像素， 则进入步骤(13.3)， 否则说明本次选择的3个 光点不合要求， 匹配失败 ； 0041 (13.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最右的光点与最上最下连线的中点之 间进行连线， 如果两条连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (13.4) ； 否则匹配失败 ； 0042 (13.4) 最右的光点与最上最下连线的中点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标 系中X轴的夹角在正负13度范围内， 则最上光点为第一大光标， 最右光点为第二大光标， 最 下光点为第三大光标， 之后进入步骤 (13.5) ； 否则匹配失败 ； 0043 (13.5) 以最上。
26、最下光点连线的中点为圆心， 以最上最下光点连线长度的 1/8 为半 径， 确定出圆形的小光标搜索区域 ； 0044 (13.6) 统计所述小光标搜索区域中所有光点的数量 N， 如果 N 小于等于 0， 则返回 步骤 (11) ； 如果 N4， 则进入步骤 (13.7) ； 如果 N 为 3 或者 4， 则进入 (13.8) ； 如果 N 为 1 或 者 2， 则进入 (13.9) ； 0045 (13.7) 距离所述小光标搜索区域中心最近的光点为第五小光标， 匹配成功 ； 0046 (13.8) 进行小光标模板匹配， 将匹配成功的小光标、 第一大光标， 第二大光标和第 说 明 书 CN 104。
27、134212 A 7 4/9 页 8 三大光标放在一个坐标数组中记录， 匹配成功 ； 0047 (13.9) 如果所述小光标搜索区域中光点的像元数大于第一大光标、 第二大光标和 第三大光标像元数平均值的两倍， 则进入步骤 (13.10)， 否则返回步骤 (11) ； 0048 (13.10) 在所述小光标搜索区域内， 将阈值增加 20 灰度级， 通过阈值分割算法进 行光点提取， 如果提取出的光点数大于等于3， 则进入(13.8)， 否则将阈值再次增加20灰度 级， 重复执行本步骤 ； 如果阈值增加的次数大于 2 并且提取出的光点数量小于 3， 则将所述 小光标搜索区域内所有光点合成为一个中央大。
28、光点， 将中央大光点、 第一大光标， 第二大光 标和第三大光标放在一个坐标数组中记录， 匹配成功。 0049 所述步骤 (6) 进行小光标匹配具体为 ： 0050 (2.1) 将选择的 5 个光点， 挑选出在图像中的最上、 最下、 最左和最右的四个光点 ； 0051 (2.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最左和最 右两个光点到圆心的距离与半径的差小于 3 个像素， 则进入步骤 (2.3)， 否则说明本次选择 的 5 个光点不合要求， 匹配失败 ； 0052 (2.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最左与最右的光点之间进行连线， 如果 两条连线互相垂直，。
29、 误差在 2以内， 进入步骤 (2.4) ； 否则匹配失败 ； 0053 (2.4) 最左与最右的光点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标系中 X 轴的夹角 在正负 13 度范围内， 则进入步骤 (2.5) ； 否则匹配失败 ； 0054 (2.5) 如果剩余的一个光点与步骤 (2.2) 中所述圆心的距离小于所述半径的四分 之一， 则匹配成功， 该剩余的一个光点为第五小光标， 最上的光点为第一小光标， 最右的光 点为第二小光标， 最下的光点为第三小光标， 最左的光点为第四小光标。 0055 所述小光标模板匹配具体为 ： 0056 (3.1) 根据第一大光标、 第二大光标、 第三大光标的坐标位置。
30、确定出小光标模板 ： 第一大光标和第三大光标的连线中点为圆心， 圆心位置为第五小光标的模板位置， 在圆心 到第一大光标的连线上， 距圆心为圆心到第一大光标距离的三分之一处， 为第一小光标的 模板位置 ； 在圆心到第二大光标的连线上， 距圆心为圆心到第二大光标距离的三分之一处， 为第二小光标的模板位置 ； 在圆心到第三大光标的连线上， 距圆心为圆心到第三大光标距 离的三分之一处， 为第三小光标的模板位置 ； 在圆心到第二大光标连线的反向延长线上， 距 圆心为圆心到第二大光标距离的三分之一处， 为第四小光标的模板位置 ； 0057 (3.2) 将在所述小光标搜索区域中的提取出的光点与所述小光标模板。
31、中的五个小 光标位置进行比较， 如果光点与距离最近的模版中的小光标之间的距离小于 0.5 个像素， 则该光点即为该小光标。 0058 所述合作目标标志器坐标系的X轴、 Y轴的指向分别与目标飞行器本体坐标系的Y 轴和 -Z 轴相同， 合作目标标志器坐标系的 Z 轴由右手定则确定， 合作目标标志器坐标系的 原点坐标为五个小光标的坐标均值 ； 0059 目标飞行器本体坐标系 ： 飞行器的质心为原点， 飞行器前进方向为 +X 轴， 飞行器 的对地面的方向为 +Z 轴， Y 轴由右手定则确定。 0060 所述相面坐标系是指 ： 原点为所述交会测量相机的成像芯片的左上角第一个像素 位置， x 轴为沿水平方。
32、向向右为正， y 轴为沿垂直方向向下为正。 0061 本发明与现有技术相比的有益效果是 ： 说 明 书 CN 104134212 A 8 5/9 页 9 0062 本发明方法可以有效降低整体复杂度， 使用于空间视觉载荷的嵌入式系统， 考虑 了目标图像在不同测量距离之间的物理特征差异， 通过基于传统图像处理技术与图像形态 学特征有效地解决了远距离目标像点多目标融合条件下的目标提取问题， 又保证了近距离 目标像点不融合时正常的目标识别， 为整个测量系统合理设计、 相机能够在大测量范围下 稳定测量奠定基础。算法设计对交会测量子系统的研制具有重要工程使用价值。 附图说明 0063 图 1 为本发明合作。
33、目标标志器上的光标分布示意图 ； 0064 图 2 为本发明多目标分离成像示意图 ； 0065 图 3 为本发明多目标融合成像示意图 ； 0066 图 4 为本发明全局光点匹配流程图 ； 0067 图 5 为本发明大光点匹配流程示意图 ； 0068 图 6 为本发明小光标模板构造示意图。 具体实施方式 0069 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。 0070 交会测量相机工作距离范围较大， 在远近不同距离下成像后的目标光点的间距变 化很大。需要保证远距离目标像点多目标融合， 又保证近距离目标像点不融合时均能正常 进行目标识别， 对图像处理算法提出了很高的要求。 0071 本。
34、发明提出了一种不规则光点的质心定位方法以提高相机在目标分离、 目标融 合、 分离融合过渡过程均能稳定提取计算的能力， 是基于传统图像处理技术与图像形态学 一体的目标定位技术， 为整个测量系统合理设计、 相机能够在大测量范围下稳定测量奠定 基础。 本发明提出的用于多目标融合的光点提取技术较现有技术中的光点提取技术在复杂 空间环境下的适应能力上有明显提高， 并极大地降低了硬件系统复杂度， 提高了数据更新 率。 0072 按照背景技术中文献 1 的传统阈值分割算法进行光点提取， 获得全局图像中基 本光点信息， 按照目标几何特征进行模式识别， 按序号排列输出大小光标光点坐标， 当存在 大于等于四个光点。
35、时， 通过光点匹配可以进行配准， 确定是否为真实光点同时判别大小光 标。根据流程图 4 的光点配准策略， 可以完成图 2 图像的光点提取， 但是图 3 图像由于多目 标融合需要进入流程图 5 中， 引入多目标融合光点提取技术完成光点配准。 0073 一种不规则光点的质心定位方法， 如图 4 所示， 步骤如下 ： 0074 (1) 安装在飞船上的交会测量相机对安装在目标飞行器上的合作目标标志器进行 成像 ； 如图 1 所示， 目标飞行器上的合作目标标志器包括 3 个大光标和 5 个小光标， 均分布 在合作目标标志器坐标系中， 具体见下表 ： 0075 说 明 书 CN 104134212 A 9。
36、 6/9 页 10 0076 0077 所述合作目标标志器坐标系的X轴、 Y轴的指向分别与目标飞行器本体坐标系的Y 轴和 -Z 轴相同， 合作目标标志器坐标系的 Z 轴由右手定则确定， 合作目标标志器坐标系的 原点坐标为五个小光标的坐标均值 ； 0078 目标飞行器本体坐标系 ： 飞行器的质心为原点， 飞行器前进方向为 +X 轴， 飞行器 的对地面的方向为 +Z 轴， Y 轴由右手定则确定。 0079 (2) 通过阈值分割算法对步骤 (1) 中得到的图像进行光点提取， 获得全局图像中 的基本光点信息 ； 所述基本光点信息包括光点个数、 光点的像元数和光点位置在成像面坐 标系中的坐标 ； 008。
37、0 (3) 判断步骤 (2) 中得到的光点个数是否大于 4， 如果大于 4， 则进入步骤 (4)， 否 则进入步骤 (7) ； 0081 (4) 在所有光点中任选 5 个光点， 之后进入步骤 (5) ； 0082 (5)如果在所有光点中任选5个光点的组合已经遍历， 则进入步骤(11) ； 否则进入 步骤 (6) ； 说 明 书 CN 104134212 A 10 7/9 页 11 0083 (6) 对选择出的 5 个光点进行小光标匹配， 如果匹配成功， 则将中央小光标作为大 光标， 之后进入步骤 (7) ； 否则返回步骤 (4) ； 0084 进行小光标匹配具体为 ： 0085 (6.1) 将。
38、选择的 5 个光点， 挑选出在图像中的最上、 最下、 最左和最右的四个光点 ； 0086 (6.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最左和最 右两个光点到圆心的距离与半径的差小于 3 个像素， 则进入步骤 (6.3)， 否则说明本次选择 的 5 个光点不合要求， 匹配失败 ； 0087 (6.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最左与最右的光点之间进行连线， 如果 两条连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (6.4) ； 否则匹配失败 ； 0088 (6.4) 最左与最右的光点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标系中 X 轴的夹角 在正负 13 度范围。
39、内， 则进入步骤 (6.5) ； 否则匹配失败 ； 0089 (6.5) 如果剩余的一个光点与步骤 (6.2) 中所述圆心的距离小于所述半径的四分 之一， 则匹配成功， 该剩余的一个光点为第五小光标， 最上的光点为第一小光标， 最右的光 点为第二小光标， 最下的光点为第三小光标， 最左的光点为第四小光标。 0090 以图 3 为例， 当 5 个小光点独立成像无融合的情况下， 当选择到 5 个正确的小光点 时， 按照该方法可以成功匹配小光标。 0091 (7) 判断光点个数是否大于 3， 如果大于 3， 则进入步骤 (8) ； 否则结束 ； 0092 (8)在除去步骤(6)中所述5个小光标之外的。
40、所有光点中任选3个光点， 之后进入 步骤 (9) ； 0093 (9) 如果所述步骤 (8) 中任选的 3 个光点组合已经遍历， 则结束 ； 否则进入步骤 (10) ； 0094 (10) 对选择出的 3 个光点以及步骤 (6) 中的中央小光点进行大光标匹配， 如果匹 配成功， 则匹配出的所有的光点即为质心可用的光点， 否则返回步骤 (8) ； 0095 如图 5 所示， 进行大光标匹配具体为 ： 0096 (10.1) 将选择的 3 个光点， 挑选出在图像中的最上、 最下和最右的 3 个光点 ； 0097 (10.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最右的 光。
41、点到圆心的距离与半径的差小于3个像素， 则进入步骤(10.3)， 否则说明本次选择的3个 光点不合要求， 匹配失败 ； 0098 (10.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最右的光点与最上最下连线的中点之 间进行连线， 如果两条连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (10.4) ； 否则匹配失败 ； 0099 (10.4) 最右的光点与最上最下连线的中点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标 系中 X 轴的夹角在正负 13 度范围内， 则进入步骤 (10.5) ； 否则匹配失败 ； 所述相面坐标系 是指 ： 原点为所述交会测量相机的成像芯片的左上角第一个像素位置， x 轴为沿水平方向。
42、 向右为正， y 轴为沿垂直方向向下为正。 0100 (10.5) 如果所述中央小光点与所述圆心的距离小于所述半径的四分之一， 则匹配 成功， 最上光点为第一大光标， 最右光点为第二大光标， 最下光点为第三大光标 ； 0101 (11) 在所有光点中任选 4 个光点， 之后进入步骤 (12) ； 0102 (12) 如果所述步骤 (11) 中任选的 4 个光点组合已经遍历， 则结束 ； 否则进入步骤 (13) ； 说 明 书 CN 104134212 A 11 8/9 页 12 0103 (13)引入多目标融合光点提取技术完成光点配准。 因为外围三个大光标是独立光 点， 根据大光标和内部小光标。
43、的形态关系， 完成多目标融合光点配准算法。对选择出的 4 个 光点进行大光标匹配， 如果匹配成功， 则匹配出的所有的光点即为质心可用的光点， 否则返 回步骤 (8) ； 0104 进行大光标匹配具体为 ： 0105 (13.1) 在选择出的 4 个光点中， 挑选出在图像中的最上、 最下和最右的 3 个光点 ； 0106 (13.2) 以最上和最下两个光点的连线为直径， 连线中点为圆心画圆， 如果最右的 光点到圆心的距离与半径的差小于3个像素， 则进入步骤(13.3)， 否则说明本次选择的3个 光点不合要求， 匹配失败 ； 0107 (13.3) 将最上和最下的光点之间进行连线， 最右的光点与最。
44、上最下连线的中点之 间进行连线， 如果两条连线互相垂直， 误差在 2以内， 进入步骤 (13.4) ； 否则匹配失败 ； 0108 (13.4) 最右的光点与最上最下连线的中点之间进行连线， 如果该连线与相面坐标 系中X轴的夹角在正负13度范围内， 则最上光点为第一大光标， 最右光点为第二大光标， 最 下光点为第三大光标， 之后进入步骤 (13.5) ； 否则匹配失败 ； 0109 (13.5) 以最上最下光点连线的中点为圆心， 以最上最下光点连线长度的 1/8 为半 径， 确定出圆形的小光标搜索区域 ； 0110 (13.6) 统计所述小光标搜索区域中所有光点的数量 N， 如果 N 小于等于。
45、 0， 则返回 步骤 (11) ； 如果 N4 说明 5 点完全分离， 则进入步骤 (13.7) ； 如果 N 为 3 或者 4 说明 5 点不 完全融合， 则进入 (13.8) ； 如果 N 为 1 或者 2 说明 5 点融合严重， 则进入 (13.9) 进行二次 提取 ； 0111 (13.7) 距离所述小光标搜索区域中心最近的光点为第五小光标， 匹配成功 ； 0112 (13.8) 进行小光标模板匹配， 将匹配成功的小光标、 第一大光标， 第二大光标和第 三大光标放在一个坐标数组中记录， 匹配成功 ； 如图 3 当小光标出现部分融合的情况下， 需 要进行进一步的模板匹配才能定位出其中可用。
46、的小光标。 0113 如图 6 所示， 所述小光标模板匹配具体为 ： 0114 (a) 根据第一大光标、 第二大光标、 第三大光标的坐标位置确定出小光标模板 ： 第 一大光标和第三大光标的连线中点为圆心， 圆心位置为第五小光标的模板位置， 在圆心到 第一大光标的连线上， 距圆心为圆心到第一大光标距离的三分之一处， 为第一小光标的模 板位置 ； 在圆心到第二大光标的连线上， 距圆心为圆心到第二大光标距离的三分之一处， 为 第二小光标的模板位置 ； 在圆心到第三大光标的连线上， 距圆心为圆心到第三大光标距离 的三分之一处， 为第三小光标的模板位置 ； 在圆心到第二大光标连线的反向延长线上， 距圆 。
47、心为圆心到第二大光标距离的三分之一处， 为第四小光标的模板位置 ； 0115 (b) 将在所述小光标搜索区域中的提取出的光点与所述小光标模板中的五个小光 标位置进行比较， 如果光点与距离最近的模版中的小光标之间的距离小于 0.5 个像素， 则 该光点即为该小光标。 0116 (13.9) 如果所述小光标搜索区域中光点的像元数大于第一大光标、 第二大光标和 第三大光标像元数平均值的两倍， 则进入步骤 (13.10)， 否则返回步骤 (11) ； 0117 (13.10) 在所述小光标搜索区域内， 将阈值增加 20 灰度级， 通过阈值分割算法进 行光点提取， 如果提取出的光点数大于等于3， 则进入。
48、(13.8)， 否则将阈值再次增加20灰度 说 明 书 CN 104134212 A 12 9/9 页 13 级， 重复执行本步骤 ； 如果阈值增加的次数大于 2 并且提取出的光点数量小于 3， 则将所述 小光标搜索区域内所有光点合成为一个中央大光点， 将中央大光点、 第一大光标 1， 第二大 光标 2 和第三大光标 3 放在一个坐标数组中记录， 匹配成功。 0118 本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。 说 明 书 CN 104134212 A 13 1/4 页 14 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104134212 A 14 2/4 页 15 图 4 说 明 书 附 图 CN 104134212 A 15 3/4 页 16 图 5 说 明 书 附 图 CN 104134212 A 16 4/4 页 17 图 6 说 明 书 附 图 CN 104134212 A 17 。