(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211023137.X (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 中国科学院西安 光学精密机 械研究 所 地址 710119 陕西省西安市高新区新型工 业园信息大道17号 (72)发明人 张高鹏　梅超　张广栋　陈卫宁　 曹剑中　张海峰　任龙　 (74)专利代理 机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 6121 1 专利代理师 汪海艳 (51)Int.Cl. G06V 10/26(2022.01) G06T 7/62(2017.01) G06V 10/34(2022.01)G06V 10/44(2022.01) G01D 21/02(2006.01) B64G 1/10(2006.01) (54)发明名称 航天器分离体相对位置和速度测量方法、 系 统及存储介质 (57)摘要 本发明涉及一种航天器分离体相对位置和 速度测量方法、 系统及存储介质， 克服现有测量 方法存在的鲁棒性较低的问题， 本发 明方法以火 箭、 卫星等航天器 分离体自身某些常见部件的若 干几何特征为先验信息， 对摄像装置成像视场内 分离体进行成像。 在此基础上， 完成各帧图像的 二值化处理。 之后， 采用基于掩膜的分水岭算法 对二值化处理后的各帧图像进行分割， 完成分离 体特征的分割。 之后， 基于线性成像模型建立了 每帧图像对应的分离体相对位置线性关系， 进而 得到航天器分离体的相对位置信息， 在已知摄像 装置帧频的情况下即可解得分离体相对速度信 息。 该方法具有 算法简单、 实时性强、 具有良好的 抗噪声干 扰性能和鲁棒 性等优点。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115100413 A 2022.09.23 CN 115100413 A 1.一种航天器分离体相对位置和速度测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 采集图像； 控制航天器自身搭 载的摄像装置采集分离后航天器分离体运行 过程中的多帧图像； 步骤2、 图像预处 理； 步骤2.1、 分别对摄 像装置采集的多帧航天器分离体图像进行平 滑处理； 步骤2.2、 分别 对平滑处理后的多帧航天器分离体图像进行灰度化处理， 获得相应的二 值图像； 步骤3、 分割二 值图像， 获得航天器分离体特 征图像； 采用基于掩膜 的分水岭算法分别对步骤2预处理后的多帧二值图像进行分割， 获得多 帧航天器分离体特 征图像； 步骤4、 解 算航天器分离体的相对位置和速度； 基于线性成像模型建立每帧航天器分离体特征图像对应的分离体相对位置线性关系， 得到航天器分离体的相对位置， 结合摄 像装置帧频， 解 算航天器分离体相对速度。 2.根据权利要求1所述的航天器分离体相对位置和速度测量方法， 其特征在于， 步骤 2.2中基于如下 方法确定灰度化处 理方法的阈值： 步骤a、 给定多个不同的阈值t； 步骤b、 基于下式分别计算出以多个阈值t分割图像后的类间方差 ： 其中， 为图像中前景图像像素占全图像素的比值， 为前景图像的平均灰度， 为 图像中背景图像像素占全图像素的比值， 为背景图像的平均灰度； 为全图的平均灰度， ； 步骤c、 比较多个类间方差 的大小， 将最大类间方差 对应的阈值t作为灰度化处理方 法的阈值。 3.根据权利要求2所述的航天器分离体相对位置和速度测量方法， 其特征在于， 步骤4 的具体解 算方法如下： 步骤4.1、 计算每帧航天器分离体特征图像中特征部件的线特征或者面特征在摄像装 置的图像坐标系中的长度 或者面积 ； 步骤4.2、 基于下式计算 航天器分离体相对位置 D； 其中， 为航天器分离体中特征部件的真实长度， 为航天器分离体中特征部件的真 实面积，f为摄像装置的焦距；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115100413 A 2步骤4.3、 基于下式计算 航天器分离体相对速度 ： 其中，Dt和Dt+1分别为由相邻两帧航天器分离体特征图像计算得到的航天器分离体相对 位置，fr为摄像装置的帧频。 4.根据权利要求3所述的航天器分离体相对位置和速度测量方法， 其特征在于： 步骤 4.1中使用matlab中的regionprops函数计算每帧航天器分离体特征图像中特征部件的线 特征或者面特征在摄像装置的图像坐标系中的长度 或或者面积 。 5.根据权利要求4所述的航天器分离体相对位置和速度测量方法， 其特征在于， 步骤2 中还包括步骤2.3： 对二 值图像进行 形态学操作的步骤。 6.一种航天器分离体相对位置和速度测量系统， 包括存储器及处理器， 所述存储器内 存储计算机程序， 其特征在于： 所述计算机程序在处理器中运行时， 执行权利要求1 ‑5任一 所述航天器分离体相对位置和速度测量方法的步骤。 7.一种存储介质， 其内存储有计算机程序， 其特征在于： 所述计算机程序在处理器中运 行时， 执行权利要求1 ‑5任一所述 航天器分离体相对位置和速度测量方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115100413 A 3