1.本发明涉及行星着陆导航
技术领域：
：，具体涉及一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法和系统。
背景技术：
：：2.行星着陆导航技术已经成为深空探测的重要组成部分。基于地形的相对导航方法是基于光学的自主导航方法，通过提供相对于已知天体表面的位置或方位的测量信息来增强导航能力。基于陨石坑的导航方法具有功耗低，节省内存，计算效率高，可用地形特征丰富，可以估计绝对位姿等优点，具有广泛的研究应用前景。区别于有初始姿态信息的跟踪识别，在没有提供任何初始姿态时的陨石坑识别方法也称为“迷失空间(lostinspace，lis)”识别，难度更高，研究意义更大。3.在光学导航方法中，直接利用陨石坑模式进行图像匹配的方法只适用于跟踪识别，并不适用于lis（迷失空间）识别。另外，使用惯性器件进行导航的方法累积误差大，只能测量相对位姿，可以用光学导航方法进行修正。使用陨石坑估计绝对位姿的方法一般采用椭圆二次曲线对的射影不变量进行陨石坑识别，但是射影不变量受椭圆参数检测噪声的扰动较大，虽然可以通过增加射影不变量提高陨石坑lis（迷失空间）识别率，但是这样会造成数据库更加庞大，在一定程度上会增加陨石坑三角形搜索冗余，限制lis（迷失空间）识别率的进一步提高。4.lis（迷失空间）识别是将图片中的陨石坑与预先建立好的陨石坑数据库中的陨石坑进行匹配的过程，目前还存在以下难点：识别率对椭圆陨石坑检测误差敏感度较大；匹配库庞大，致使搜索慢，效率低，且较多冗余的匹配会导致较低的识别率；着陆过程中不稳定的着陆器状态往往会造成较大的倾斜角，致使投影到图像平面的实际陨石坑变形较大，增大识别难度。针对上述问题，目前尚未提出一种有效的陨石坑lis（迷失空间）识别方法。技术实现要素：5.本发明提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，本发明的方法是一种基于椭圆陨石坑对的陨石坑lis（迷失空间）识别方法，建立小容量高效率的陨石坑对数据库，提出迭代金字塔算法获得鲁棒的识别结果，设计动态阈值快速减少冗余，提高算法效率和识别率。6.本发明的技术方案如下：本发明的第一方面提供一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，所述方法包括：步骤s100，建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；步骤s200，对陨石坑对数据库进行筛选匹配；步骤s300，对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。7.进一步的，所述步骤s200包括：步骤s210，对图像进行预处理；步骤s220，基于动态阈值筛选陨石坑对；步骤s230，基于金字塔基层三元组搜索算法对筛选出的陨石坑对进行三元组构建；步骤s240，基于金字塔的lis识别算法，对三元组构建后的陨石坑对进行迭代金字塔匹配。8.进一步的，所述步骤s230包括：步骤s231，为陨石坑表中的每一个陨石坑均设置一个状态标识，在进行匹配识别前对其进行初始化，将每个陨石坑的状态均设为0；步骤s232，扫描集合，把该集合中所有坑对所包含的陨石坑状态都设置为1，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号j；步骤s233，扫描集合，如果对应陨石坑状态不为0，则将该陨石坑状态置为2，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号；步骤s234，扫描状态表，如果陨石坑状态为2，则判断记下的是否属于集合，如果是则存储进集合中。9.进一步的，所述步骤s240包括：步骤s241，读取当前序列图像，根据优先选择机制，生成按照冗余数量由小到大排序的待匹配三元组集合；步骤s242，遍历待匹配集合，若当前三元组冗余数量大于上限，则三元组匹配算法将耗时过长，所以直接设定该序列图像匹配失败。针对当前待匹配陨石坑，二分法搜索数据库构成陨石坑对集合；步骤s243，输入三元组匹配算法得到集合；步骤s244，遍历剩余的陨石坑，二分法得到集合，输入金字塔算法得到集合，若筛减三角形数量到1，金字塔算法返回此三元组识别结果和最后一个陨石坑的交集，算法结束；步骤s245，若集合元素数量为0，回到步骤s242；步骤s246，若陨石坑是当前图像中的最后一个陨石坑，回到步骤s242；步骤s247，若匹配三元组数目达到上限，算法结束。10.进一步的，步骤s220中，使用动态阈值，记作，动态阈值因子定义为不变量的变化量与不变量真值的比值，记作，因此每一对陨石坑计算得到的动态阈值；根据每一对陨石坑计算得到的不变量和通过动态阈值因子计算得到的搜索范围，由下述公式得到两组不变量的搜索下限和上限，记作，二分法搜索得到所有满足的可能陨石坑对集合，进一步的，步骤s2300中，根据相机的透视投影模型，由陨石坑的世界坐标系转化到图像的像素坐标，陨石坑识别估计出在图像平面观察到的陨石坑与世界坐标系下陨石坑的对应关系，lis识别算法输出多个陨石坑的识别结果和构成最后一个金字塔的陨石坑的识别集合，基于多个陨石坑中心在世界坐标系下的3d坐标和在图像坐标系下的2d坐标以及相机内参矩阵，估计世界坐标系到相机坐标系转换矩阵，遍历陨石坑集合求解得到位姿；针对每一个可能的陨石坑，先判断其与已经识别出的多个陨石坑是否有可能在同一个视场区域内，如果可能则求解旋转矩阵和平移向量，再将所有陨石坑转换到图像坐标系，得到重投影图像，比较重投影图像和真实图像中陨石坑的对应距离，如果高斯角距离小于1.57则表示当前位姿正确，即当前陨石坑为正确识别。11.本发明的第二方面提供一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别系统，包括：数据库建立模块，用于建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；筛选模块，用于对陨石坑对数据库进行筛选匹配；验证模块：用于对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证。12.本发明的另一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。13.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。14.与现有技术相比，本发明有如下有益的技术效果：本发明针对数据库庞大的问题，数据库只存储陨石坑对序号和相应的不变量，仅建立陨石坑对射影不变量的数据库，大大减少数据库容量，提高搜索效率；本发明针对射影不变量受噪声扰动大的问题，提出动态阈值减少筛选冗余、动态阈值解决射影不变量对噪声敏感的问题，提高匹配率和平均处理速度；本发明提出迭代金字塔算法快速筛选冗余，在初步识别的基础上估计位姿，重投影匹配后验证识别结果，提出迭代金字塔算法快速得到唯一的匹配结果，在没有初始姿态根据着陆图像进行陨石坑识别的解决方案。15.本发明具有识别率高，对噪声鲁棒，姿态估计精确快速的特点，适用于没有任何初始姿态情况的优点，达到了在着陆导航初始化识别的领先性能水平。附图说明16.图1为本发明的陨石坑识别流程示意图；图2为本发明的选取陨石坑构成数据库示意图；图3为本发明的lis（迷失空间）识别流程示意图；图4为本发明的基于状态表构建三元组集合示意图；图5为本发明的增加第四个陨石坑组成金字塔消除冗余示意图；图6为本发明的位姿估计示意图；图7为本发明的重叠陨石坑的误检测情况图。具体实施方式17.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。18.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述。19.具体的，如图1所示，本发明提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，包括：选取陨石坑建立小容量高效率的陨石坑数据库；使用迭代金字塔算法与数据库中的陨石坑进行匹配；重投影验证识别结果并估计当前位姿。20.考虑到不稳定的着陆状态，所以相机不会严格地一直垂直向下拍摄，着陆器倾斜角度的增加往往会导致图像平面陨石坑椭圆度的增大，因此本发明基于椭圆特征进行陨石坑识别。设为椭圆中心坐标，为椭圆长短半轴，为椭圆倾斜角，表示椭圆曲线上的坐标点椭圆方程用式（1）表示：（1）其中，a、b、c、d、f、g的参数说明如（2）所示（2）设椭圆矩阵，则式（1）可以写成矩阵形式：（3）陨石坑识别的关键点在于如何在射影变换中寻找陨石坑的不变关系，而不变量理论证明了陨石坑投影不变量的存在性。因为着陆状态下的航天器离行星表面较近，所以可以假设所有陨石坑都是局部共面的，此时椭圆陨石坑对可以形成二次曲线不变量，如式（4）所示：（4）其中，tr表示矩阵求迹，,为归一化的椭圆参数矩阵，如式（5）所示。21.（5）具体的，本发明的方法包括如下步骤：步骤s100，建立陨石坑对数据库。22.选取合适数量的陨石坑建立数据库。陨石坑过多会使数据库较大，从而导致陨石坑对筛选冗余增大，计算量增大；而当陨石坑过少又会导致匹配率下降。设计合适的选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表，剔除小型陨石坑需要先按照中线（）将地图划分为左右两个区域，左区域去除半径小于9pixels的陨石坑，右区域去除半径小于7pixels的陨石坑。如图2中table1所示，陨石坑对表有利于设计识别算法过程中的状态表，并加快算法效率。23.记在着陆最高高度时可见的最大视场直径为d，对所有相距距离小于d的陨石坑，根据公式（3）计算不变量，构建的数据库如图2中table2所示。本发明的数据库具有容量小，搜索快，适合迭代识别算法等优点，相比于存储由陨石坑三角形构成的至少7个射影不变量，该数据库只存储由陨石坑对形成的2个不变量，不论是从存储记录数还是从单条记录的不变量个数来看，都大大减小了数据库容量，从而增加搜索速度。24.步骤s200，对陨石坑对数据库进行筛选匹配；陨石坑筛选匹配算法流程包括图像预处理，基于动态阈值的陨石坑对筛选，陨石坑三元组构建，迭代金字塔匹配。图像预处理原则对应陨石坑选取原则，去除重叠的陨石坑，对当前序列图像中剩余的陨石坑按照尺寸从大到小排序，按照排序识别陨石坑。预处理之后，选择3个陨石坑两两组合，分别计算3个陨石坑对的不变量和动态阈值，搜索数据库得到三个陨石坑对集合。通过三个陨石坑对集合得到所有首尾相接的三元组组合，构成三元组集合。最后，增加第4个陨石坑l，与构成金字塔，按照相同的方法搜索数据库得到集合，结合三元组集合可以去除一部分三元组冗余，每增加一个l，都可以去除的一部分冗余，当最后只剩下一个三元组时，识别结束并保留最后一个l的集合。25.具体的，对所述陨石坑对数据库进行筛选匹配的步骤包括：步骤s210，对图像进行预处理；在陨石坑识别算法之前需要对图像中陨石坑进行预先处理，预处理原则包括去除重叠陨石坑和优先选择大陨石坑。首先因为重叠陨石坑容易出现误检测情况（如图7所示），所以先剔除图像中所有重叠的陨石坑，其次又因为大陨石坑计算得到的不变量变化范围较小（《1000），所以优先选择大陨石坑进行识别。如图7所示，椭圆陨石坑1,2重叠时，一般更容易只检测到1，当椭圆陨石坑2,3重叠时，一般很容易错误地检测为4。26.具体的，着陆过程中，图像平面的陨石坑会越来越大，所以尺度差异大；大陨石坑是一个相对概念，在当前序列图像中，将所有陨石坑按照陨石坑面积从大到小排序，优先识别当前最大的陨石坑。27.步骤s220，基于动态阈值筛选陨石坑对；本发明使用动态阈值，记作。动态阈值因子定义为不变量的变化量与不变量真值的比值，记作，因此每一对陨石坑计算得到的动态阈值。28.根据每一对陨石坑计算得到的不变量和通过动态阈值因子计算得到的搜索范围，由公式（6）可以得到两组不变量的搜索下限和上限，记作。二分法搜索得到所有满足的可能陨石坑对集合。29.（6）步骤s230，基于金字塔基层三元组搜索算法对筛选出的陨石坑对进行三元组构建；所有符合不变量阈值范围的陨石坑对有很多，基于金字塔结构对所有可能的陨石坑对进行筛选。首先需要找到金字塔基层三元组的所有冗余集合，如图4所示。30.记已经搜索得到的坑对集合分别为，其包含的坑对数目为。识别的第一步需要寻找3个坑对，且满足首尾相接，即这些坑对两两之间有且仅有一个共同的陨石坑。满足这样的条件的（）可以构成金字塔基层三元组，其集合记作。一般而言，在三个集合中采用遍历组合的方法进行搜索需要次的比较运算，这样的搜索消耗相当多的时间，为了避免这种情况，可以借助陨石坑表（图3table1）使用基于状态标识的简单快速的搜索方法，它通过对状态标识的设置与判断来寻找符合条件的（），如图4所示。31.具体的，基于金字塔基层三元组搜索算法对筛选出的陨石坑对进行三元组构建的步骤包括：1）为陨石坑表中的每一个陨石坑均设置一个状态标识，在进行匹配识别前对其进行初始化，将每个陨石坑的状态均设为0；2）扫描，把该集合中所有坑对所包含的陨石坑状态都置为1，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号j；3）扫描，如果对应陨石坑状态不为0，则将该陨石坑状态置为2，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号；4）扫描状态表，如果陨石坑状态为2，则判断记下的是否属于集合，如果是则存储进集合中。32.步骤s240，基于金字塔的lis（迷失空间）识别算法，对三元组构建后的陨石坑对进行迭代金字塔匹配；金字塔算法的目的是在三元组集合中找到正确的识别，这一过程需要提供筛选条件去除集合中的三元组冗余。金字塔算法在基层三元组的基础上再增加一个陨石坑构成一个陨石坑金字塔，这样可以多增加3个陨石坑对筛选冗余。33.第4个陨石坑与基层三元组可以分别构成3个陨石坑对，按照相同的方法计算不变量和阈值，搜索数据库得到陨石坑对集合，如图5所示。正确的陨石坑一定分别在集合中，以此为筛选条件去除集合中的冗余三元组。一个金字塔往往不能得到唯一的筛选结果，所以需要多次迭代，选取多个陨石坑构成金字塔。当筛减三元组的同时可以得到陨石坑的识别结果，但是往往会有多解。所以当筛减到只有一个三元组时，返回唯一的三元组结果和最后一个陨石坑的识别集合。34.一般只针对一个三元组集合运行迭代金字塔算法很可能因为非陨石坑的原因将冗余筛选到0，或者遍历完所有可能的l也未能得到唯一的识别结果，所以需要遍历其他待识别三元组集合进行多次迭代金字塔算法找到唯一的识别，结合陨石坑对筛选算法和金字塔底层三元组搜索算法。基于金字塔的lis（迷失空间）识别算法的步骤包括：1）读取当前序列图像，根据优先选择机制，生成按照冗余数量由小到大排序的待匹配三元组集合；2）遍历待匹配集合，若当前三元组冗余数量大于上限，所述上限是20000，则三元组匹配算法将耗时过长，所以直接设定该序列图像匹配失败。针对当前待匹配陨石坑，二分法搜索数据库构成陨石坑对集合；3）输入三元组匹配算法得到集合；4）遍历剩余的陨石坑，二分法得到集合，输入金字塔算法得到集合，若筛减三角形数量到1，金字塔算法返回此三元组识别结果和最后一个陨石坑的交集，算法结束；5）若集合元素数量为0，回到步骤2）；6）若陨石坑是当前图像中的最后一个陨石坑，回到步骤2）；7）若匹配三元组数目达到上限，上限，算法结束。35.步骤s300，对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。36.设置世界坐标系为，地图中心为世界坐标系原点，着陆器机体坐标系为，同时相机固定在着陆器上垂直向下拍摄，相机坐标系为，相机坐标系通过透视投影变换转化到图像平面。根据相机的透视投影模型，由陨石坑的世界坐标系转化到图像的像素坐标如（7）所示，其中k为相机内参矩阵，r为旋转矩阵，t为平移向量，r，t构成位姿t，=为世界坐标系下的坐标，（u,v）是图像平面上的像素坐标，为u轴上的尺度因子，为v轴上的尺度因子，为图像中心横坐标，为图像中心纵坐标，s为尺度因子。37.（7）陨石坑识别可以估计出在图像平面观察到的陨石坑与世界坐标系下陨石坑的对应关系，lis（迷失空间）识别算法输出3个陨石坑的识别结果和构成最后一个金字塔的陨石坑的识别集合，总共识别出4个陨石坑。已知这4个陨石坑中心在世界坐标系下的3d坐标和在图像坐标系下的2d坐标以及相机内参矩阵，估计世界坐标系到相机坐标系转换矩阵的问题可以转换为pnp问题求解。又因为陨石坑有多解，所以需要遍历集合求解得到位姿。如图6所示。38.针对每一个可能的陨石坑，先判断它与已经识别出的陨石坑是否有可能在同一个视场区域内，如果可能则求解旋转矩阵和平移向量，再将所有陨石坑根据公式（7）转换到图像坐标系，得到重投影图像。比较重投影图像和真实图像中陨石坑的对应距离，如果高斯角距离小于1.57则表示当前位姿正确，即当前陨石坑为正确识别。39.本发明的第二方面提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别系统，其特征在于，包括：数据库建立模块，用于建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；筛选模块，用于对陨石坑对数据库进行筛选匹配；验证模块：用于对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证。40.本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。41.本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。42.综上所述，本发明提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法和系统，包括以下步骤：建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；对陨石坑对数据库进行筛选匹配；对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。本发明的数据库只存储陨石坑对序号和相应的不变量，大大减少数据库容量，提高搜索效率。本发明提出动态阈值解决射影不变量对噪声敏感的问题，提高匹配率和平均处理速度。同时提出迭代金字塔算法快速筛选冗余，在初步识别的基础上估计位姿，重投影匹配后验证识别结果。本发明具有识别率高，对噪声鲁棒，姿态估计精确快速的特点，达到了在着陆导航初始化识别的领先性能水平。43.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。当前第1页12当前第1页12
技术领域：
：，具体涉及一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法和系统。
背景技术：
：：2.行星着陆导航技术已经成为深空探测的重要组成部分。基于地形的相对导航方法是基于光学的自主导航方法，通过提供相对于已知天体表面的位置或方位的测量信息来增强导航能力。基于陨石坑的导航方法具有功耗低，节省内存，计算效率高，可用地形特征丰富，可以估计绝对位姿等优点，具有广泛的研究应用前景。区别于有初始姿态信息的跟踪识别，在没有提供任何初始姿态时的陨石坑识别方法也称为“迷失空间(lostinspace，lis)”识别，难度更高，研究意义更大。3.在光学导航方法中，直接利用陨石坑模式进行图像匹配的方法只适用于跟踪识别，并不适用于lis（迷失空间）识别。另外，使用惯性器件进行导航的方法累积误差大，只能测量相对位姿，可以用光学导航方法进行修正。使用陨石坑估计绝对位姿的方法一般采用椭圆二次曲线对的射影不变量进行陨石坑识别，但是射影不变量受椭圆参数检测噪声的扰动较大，虽然可以通过增加射影不变量提高陨石坑lis（迷失空间）识别率，但是这样会造成数据库更加庞大，在一定程度上会增加陨石坑三角形搜索冗余，限制lis（迷失空间）识别率的进一步提高。4.lis（迷失空间）识别是将图片中的陨石坑与预先建立好的陨石坑数据库中的陨石坑进行匹配的过程，目前还存在以下难点：识别率对椭圆陨石坑检测误差敏感度较大；匹配库庞大，致使搜索慢，效率低，且较多冗余的匹配会导致较低的识别率；着陆过程中不稳定的着陆器状态往往会造成较大的倾斜角，致使投影到图像平面的实际陨石坑变形较大，增大识别难度。针对上述问题，目前尚未提出一种有效的陨石坑lis（迷失空间）识别方法。技术实现要素：5.本发明提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，本发明的方法是一种基于椭圆陨石坑对的陨石坑lis（迷失空间）识别方法，建立小容量高效率的陨石坑对数据库，提出迭代金字塔算法获得鲁棒的识别结果，设计动态阈值快速减少冗余，提高算法效率和识别率。6.本发明的技术方案如下：本发明的第一方面提供一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，所述方法包括：步骤s100，建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；步骤s200，对陨石坑对数据库进行筛选匹配；步骤s300，对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。7.进一步的，所述步骤s200包括：步骤s210，对图像进行预处理；步骤s220，基于动态阈值筛选陨石坑对；步骤s230，基于金字塔基层三元组搜索算法对筛选出的陨石坑对进行三元组构建；步骤s240，基于金字塔的lis识别算法，对三元组构建后的陨石坑对进行迭代金字塔匹配。8.进一步的，所述步骤s230包括：步骤s231，为陨石坑表中的每一个陨石坑均设置一个状态标识，在进行匹配识别前对其进行初始化，将每个陨石坑的状态均设为0；步骤s232，扫描集合，把该集合中所有坑对所包含的陨石坑状态都设置为1，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号j；步骤s233，扫描集合，如果对应陨石坑状态不为0，则将该陨石坑状态置为2，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号；步骤s234，扫描状态表，如果陨石坑状态为2，则判断记下的是否属于集合，如果是则存储进集合中。9.进一步的，所述步骤s240包括：步骤s241，读取当前序列图像，根据优先选择机制，生成按照冗余数量由小到大排序的待匹配三元组集合；步骤s242，遍历待匹配集合，若当前三元组冗余数量大于上限，则三元组匹配算法将耗时过长，所以直接设定该序列图像匹配失败。针对当前待匹配陨石坑，二分法搜索数据库构成陨石坑对集合；步骤s243，输入三元组匹配算法得到集合；步骤s244，遍历剩余的陨石坑，二分法得到集合，输入金字塔算法得到集合，若筛减三角形数量到1，金字塔算法返回此三元组识别结果和最后一个陨石坑的交集，算法结束；步骤s245，若集合元素数量为0，回到步骤s242；步骤s246，若陨石坑是当前图像中的最后一个陨石坑，回到步骤s242；步骤s247，若匹配三元组数目达到上限，算法结束。10.进一步的，步骤s220中，使用动态阈值，记作，动态阈值因子定义为不变量的变化量与不变量真值的比值，记作，因此每一对陨石坑计算得到的动态阈值；根据每一对陨石坑计算得到的不变量和通过动态阈值因子计算得到的搜索范围，由下述公式得到两组不变量的搜索下限和上限，记作，二分法搜索得到所有满足的可能陨石坑对集合，进一步的，步骤s2300中，根据相机的透视投影模型，由陨石坑的世界坐标系转化到图像的像素坐标，陨石坑识别估计出在图像平面观察到的陨石坑与世界坐标系下陨石坑的对应关系，lis识别算法输出多个陨石坑的识别结果和构成最后一个金字塔的陨石坑的识别集合，基于多个陨石坑中心在世界坐标系下的3d坐标和在图像坐标系下的2d坐标以及相机内参矩阵，估计世界坐标系到相机坐标系转换矩阵，遍历陨石坑集合求解得到位姿；针对每一个可能的陨石坑，先判断其与已经识别出的多个陨石坑是否有可能在同一个视场区域内，如果可能则求解旋转矩阵和平移向量，再将所有陨石坑转换到图像坐标系，得到重投影图像，比较重投影图像和真实图像中陨石坑的对应距离，如果高斯角距离小于1.57则表示当前位姿正确，即当前陨石坑为正确识别。11.本发明的第二方面提供一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别系统，包括：数据库建立模块，用于建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；筛选模块，用于对陨石坑对数据库进行筛选匹配；验证模块：用于对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证。12.本发明的另一方面提供一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。13.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。14.与现有技术相比，本发明有如下有益的技术效果：本发明针对数据库庞大的问题，数据库只存储陨石坑对序号和相应的不变量，仅建立陨石坑对射影不变量的数据库，大大减少数据库容量，提高搜索效率；本发明针对射影不变量受噪声扰动大的问题，提出动态阈值减少筛选冗余、动态阈值解决射影不变量对噪声敏感的问题，提高匹配率和平均处理速度；本发明提出迭代金字塔算法快速筛选冗余，在初步识别的基础上估计位姿，重投影匹配后验证识别结果，提出迭代金字塔算法快速得到唯一的匹配结果，在没有初始姿态根据着陆图像进行陨石坑识别的解决方案。15.本发明具有识别率高，对噪声鲁棒，姿态估计精确快速的特点，适用于没有任何初始姿态情况的优点，达到了在着陆导航初始化识别的领先性能水平。附图说明16.图1为本发明的陨石坑识别流程示意图；图2为本发明的选取陨石坑构成数据库示意图；图3为本发明的lis（迷失空间）识别流程示意图；图4为本发明的基于状态表构建三元组集合示意图；图5为本发明的增加第四个陨石坑组成金字塔消除冗余示意图；图6为本发明的位姿估计示意图；图7为本发明的重叠陨石坑的误检测情况图。具体实施方式17.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。18.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述。19.具体的，如图1所示，本发明提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法，包括：选取陨石坑建立小容量高效率的陨石坑数据库；使用迭代金字塔算法与数据库中的陨石坑进行匹配；重投影验证识别结果并估计当前位姿。20.考虑到不稳定的着陆状态，所以相机不会严格地一直垂直向下拍摄，着陆器倾斜角度的增加往往会导致图像平面陨石坑椭圆度的增大，因此本发明基于椭圆特征进行陨石坑识别。设为椭圆中心坐标，为椭圆长短半轴，为椭圆倾斜角，表示椭圆曲线上的坐标点椭圆方程用式（1）表示：（1）其中，a、b、c、d、f、g的参数说明如（2）所示（2）设椭圆矩阵，则式（1）可以写成矩阵形式：（3）陨石坑识别的关键点在于如何在射影变换中寻找陨石坑的不变关系，而不变量理论证明了陨石坑投影不变量的存在性。因为着陆状态下的航天器离行星表面较近，所以可以假设所有陨石坑都是局部共面的，此时椭圆陨石坑对可以形成二次曲线不变量，如式（4）所示：（4）其中，tr表示矩阵求迹，,为归一化的椭圆参数矩阵，如式（5）所示。21.（5）具体的，本发明的方法包括如下步骤：步骤s100，建立陨石坑对数据库。22.选取合适数量的陨石坑建立数据库。陨石坑过多会使数据库较大，从而导致陨石坑对筛选冗余增大，计算量增大；而当陨石坑过少又会导致匹配率下降。设计合适的选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表，剔除小型陨石坑需要先按照中线（）将地图划分为左右两个区域，左区域去除半径小于9pixels的陨石坑，右区域去除半径小于7pixels的陨石坑。如图2中table1所示，陨石坑对表有利于设计识别算法过程中的状态表，并加快算法效率。23.记在着陆最高高度时可见的最大视场直径为d，对所有相距距离小于d的陨石坑，根据公式（3）计算不变量，构建的数据库如图2中table2所示。本发明的数据库具有容量小，搜索快，适合迭代识别算法等优点，相比于存储由陨石坑三角形构成的至少7个射影不变量，该数据库只存储由陨石坑对形成的2个不变量，不论是从存储记录数还是从单条记录的不变量个数来看，都大大减小了数据库容量，从而增加搜索速度。24.步骤s200，对陨石坑对数据库进行筛选匹配；陨石坑筛选匹配算法流程包括图像预处理，基于动态阈值的陨石坑对筛选，陨石坑三元组构建，迭代金字塔匹配。图像预处理原则对应陨石坑选取原则，去除重叠的陨石坑，对当前序列图像中剩余的陨石坑按照尺寸从大到小排序，按照排序识别陨石坑。预处理之后，选择3个陨石坑两两组合，分别计算3个陨石坑对的不变量和动态阈值，搜索数据库得到三个陨石坑对集合。通过三个陨石坑对集合得到所有首尾相接的三元组组合，构成三元组集合。最后，增加第4个陨石坑l，与构成金字塔，按照相同的方法搜索数据库得到集合，结合三元组集合可以去除一部分三元组冗余，每增加一个l，都可以去除的一部分冗余，当最后只剩下一个三元组时，识别结束并保留最后一个l的集合。25.具体的，对所述陨石坑对数据库进行筛选匹配的步骤包括：步骤s210，对图像进行预处理；在陨石坑识别算法之前需要对图像中陨石坑进行预先处理，预处理原则包括去除重叠陨石坑和优先选择大陨石坑。首先因为重叠陨石坑容易出现误检测情况（如图7所示），所以先剔除图像中所有重叠的陨石坑，其次又因为大陨石坑计算得到的不变量变化范围较小（《1000），所以优先选择大陨石坑进行识别。如图7所示，椭圆陨石坑1,2重叠时，一般更容易只检测到1，当椭圆陨石坑2,3重叠时，一般很容易错误地检测为4。26.具体的，着陆过程中，图像平面的陨石坑会越来越大，所以尺度差异大；大陨石坑是一个相对概念，在当前序列图像中，将所有陨石坑按照陨石坑面积从大到小排序，优先识别当前最大的陨石坑。27.步骤s220，基于动态阈值筛选陨石坑对；本发明使用动态阈值，记作。动态阈值因子定义为不变量的变化量与不变量真值的比值，记作，因此每一对陨石坑计算得到的动态阈值。28.根据每一对陨石坑计算得到的不变量和通过动态阈值因子计算得到的搜索范围，由公式（6）可以得到两组不变量的搜索下限和上限，记作。二分法搜索得到所有满足的可能陨石坑对集合。29.（6）步骤s230，基于金字塔基层三元组搜索算法对筛选出的陨石坑对进行三元组构建；所有符合不变量阈值范围的陨石坑对有很多，基于金字塔结构对所有可能的陨石坑对进行筛选。首先需要找到金字塔基层三元组的所有冗余集合，如图4所示。30.记已经搜索得到的坑对集合分别为，其包含的坑对数目为。识别的第一步需要寻找3个坑对，且满足首尾相接，即这些坑对两两之间有且仅有一个共同的陨石坑。满足这样的条件的（）可以构成金字塔基层三元组，其集合记作。一般而言，在三个集合中采用遍历组合的方法进行搜索需要次的比较运算，这样的搜索消耗相当多的时间，为了避免这种情况，可以借助陨石坑表（图3table1）使用基于状态标识的简单快速的搜索方法，它通过对状态标识的设置与判断来寻找符合条件的（），如图4所示。31.具体的，基于金字塔基层三元组搜索算法对筛选出的陨石坑对进行三元组构建的步骤包括：1）为陨石坑表中的每一个陨石坑均设置一个状态标识，在进行匹配识别前对其进行初始化，将每个陨石坑的状态均设为0；2）扫描，把该集合中所有坑对所包含的陨石坑状态都置为1，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号j；3）扫描，如果对应陨石坑状态不为0，则将该陨石坑状态置为2，并记下与之组成坑对的另一个坑的序号；4）扫描状态表，如果陨石坑状态为2，则判断记下的是否属于集合，如果是则存储进集合中。32.步骤s240，基于金字塔的lis（迷失空间）识别算法，对三元组构建后的陨石坑对进行迭代金字塔匹配；金字塔算法的目的是在三元组集合中找到正确的识别，这一过程需要提供筛选条件去除集合中的三元组冗余。金字塔算法在基层三元组的基础上再增加一个陨石坑构成一个陨石坑金字塔，这样可以多增加3个陨石坑对筛选冗余。33.第4个陨石坑与基层三元组可以分别构成3个陨石坑对，按照相同的方法计算不变量和阈值，搜索数据库得到陨石坑对集合，如图5所示。正确的陨石坑一定分别在集合中，以此为筛选条件去除集合中的冗余三元组。一个金字塔往往不能得到唯一的筛选结果，所以需要多次迭代，选取多个陨石坑构成金字塔。当筛减三元组的同时可以得到陨石坑的识别结果，但是往往会有多解。所以当筛减到只有一个三元组时，返回唯一的三元组结果和最后一个陨石坑的识别集合。34.一般只针对一个三元组集合运行迭代金字塔算法很可能因为非陨石坑的原因将冗余筛选到0，或者遍历完所有可能的l也未能得到唯一的识别结果，所以需要遍历其他待识别三元组集合进行多次迭代金字塔算法找到唯一的识别，结合陨石坑对筛选算法和金字塔底层三元组搜索算法。基于金字塔的lis（迷失空间）识别算法的步骤包括：1）读取当前序列图像，根据优先选择机制，生成按照冗余数量由小到大排序的待匹配三元组集合；2）遍历待匹配集合，若当前三元组冗余数量大于上限，所述上限是20000，则三元组匹配算法将耗时过长，所以直接设定该序列图像匹配失败。针对当前待匹配陨石坑，二分法搜索数据库构成陨石坑对集合；3）输入三元组匹配算法得到集合；4）遍历剩余的陨石坑，二分法得到集合，输入金字塔算法得到集合，若筛减三角形数量到1，金字塔算法返回此三元组识别结果和最后一个陨石坑的交集，算法结束；5）若集合元素数量为0，回到步骤2）；6）若陨石坑是当前图像中的最后一个陨石坑，回到步骤2）；7）若匹配三元组数目达到上限，上限，算法结束。35.步骤s300，对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。36.设置世界坐标系为，地图中心为世界坐标系原点，着陆器机体坐标系为，同时相机固定在着陆器上垂直向下拍摄，相机坐标系为，相机坐标系通过透视投影变换转化到图像平面。根据相机的透视投影模型，由陨石坑的世界坐标系转化到图像的像素坐标如（7）所示，其中k为相机内参矩阵，r为旋转矩阵，t为平移向量，r，t构成位姿t，=为世界坐标系下的坐标，（u,v）是图像平面上的像素坐标，为u轴上的尺度因子，为v轴上的尺度因子，为图像中心横坐标，为图像中心纵坐标，s为尺度因子。37.（7）陨石坑识别可以估计出在图像平面观察到的陨石坑与世界坐标系下陨石坑的对应关系，lis（迷失空间）识别算法输出3个陨石坑的识别结果和构成最后一个金字塔的陨石坑的识别集合，总共识别出4个陨石坑。已知这4个陨石坑中心在世界坐标系下的3d坐标和在图像坐标系下的2d坐标以及相机内参矩阵，估计世界坐标系到相机坐标系转换矩阵的问题可以转换为pnp问题求解。又因为陨石坑有多解，所以需要遍历集合求解得到位姿。如图6所示。38.针对每一个可能的陨石坑，先判断它与已经识别出的陨石坑是否有可能在同一个视场区域内，如果可能则求解旋转矩阵和平移向量，再将所有陨石坑根据公式（7）转换到图像坐标系，得到重投影图像。比较重投影图像和真实图像中陨石坑的对应距离，如果高斯角距离小于1.57则表示当前位姿正确，即当前陨石坑为正确识别。39.本发明的第二方面提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别系统，其特征在于，包括：数据库建立模块，用于建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；筛选模块，用于对陨石坑对数据库进行筛选匹配；验证模块：用于对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证。40.本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行所述的方法。41.本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行所述的方法。42.综上所述，本发明提供了一种用于着陆视觉导航的陨石坑识别方法和系统，包括以下步骤：建立陨石坑对数据库：选取合适数量的陨石坑建立数据库，依据选取原则，去除小陨石坑和重叠的陨石坑得到陨石坑对表；对陨石坑对数据库进行筛选匹配；对筛选匹配后的陨石坑对进行重投影验证并估计当前位姿。本发明的数据库只存储陨石坑对序号和相应的不变量，大大减少数据库容量，提高搜索效率。本发明提出动态阈值解决射影不变量对噪声敏感的问题，提高匹配率和平均处理速度。同时提出迭代金字塔算法快速筛选冗余，在初步识别的基础上估计位姿，重投影匹配后验证识别结果。本发明具有识别率高，对噪声鲁棒，姿态估计精确快速的特点，达到了在着陆导航初始化识别的领先性能水平。43.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。当前第1页12当前第1页12
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