一种地外天体表面障碍点云建模方法技术

一种地外天体表面障碍点云建模方法，属于图像处理和智能控制技术领域。本发明专利技术分别采用半球和半椭球体模拟陨坑和岩石，生成模型后将其叠加到基础平面上；接着对生成平面叠加一定程度高斯噪声，之后分析并提取敏感器噪声，在障碍图像上做掩膜处理，进一步叠加到图像上，生成最终仿真图像。生成最终仿真图像。生成最终仿真图像。

【技术实现步骤摘要】
一种地外天体表面障碍点云建模方法


[0001]本专利技术涉及一种地外天体表面障碍点云建模方法，属于图像处理和智能控制


技术介绍

[0002]地外天体探测任务的着陆过程中，自主避障将是主要技术途径之一。地面进行各种工况的仿真测试是保证避障算法有效性的主要技术手段。目前，国内外数据的来源或者是在地面构建局部的实景地形沙盘，或利用已成功的天体探测任务得到的零散天体图片。实景沙盘的局限性在于本身场景区域较小，应用受到限制；且场景单一，障碍分布位置及数量难以有较全的覆盖性；同时沙盘也难以保证各个地形特征的比例尺寸，例如实际的陨石坑直径较大，这在沙盘上难以实现，以前探测任务所得到的零散天体资料图片则难以保证系统性，同时以光学图居多，三维点云数据十分稀少。除了构建局部实景地形外，可行的方法就是自行仿真生成天体表面障碍点云。纯仿真图像容易忽略除高斯噪声之外的其他图像问题，例如激光雷达在扫描过程中由于场景光照、地面反射率、激光能量等问题带来的回光缺失、不规律噪点等，不足以充分验证算法的有效性和鲁棒性。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种地外天体表面障碍点云建模方法，解决地外天体着陆三维点云数据测试用例不足，且仿真数据没有充分考虑敏感器的各类噪声，不足以充分验证着陆避障算法的有效性和鲁棒性的问题。
[0004]本专利技术的技术解决方案是：一种地外天体表面障碍点云建模方法，包括如下步骤：
[0005]生成叠加地外天体表面障碍的基础平面模型；
>[0006]确定地外天体表面障碍类型及其模拟各类障碍的模型，生成障碍数据库；
[0007]在基础平面模型上确定障碍中心点位置，从障碍数据库中选取障碍，按XY坐标的对应位置将高程值累加，生成叠加障碍后的三维点云；
[0008]在三维点云中添加模拟激光雷达在扫描过程中产生的噪声的噪声模型，完成地外天体表面障碍点云建模。
[0009]进一步地，所述生成叠加地外天体表面障碍的基础平面模型包括如下步骤：将平面点云等间隔排布，预设平面高度Z，以坐标(0,0,Z)为中心生成基础平面点云。
[0010]进一步地，生成的基础平面为有一定坡度的平面，数据格式为规格化的三维点云。
[0011]进一步地，所述地外天体表面障碍类型包括陨石坑和岩石，分别用半球模型和半椭球体进行模拟。
[0012]进一步地，所述生成障碍数据库包括如下步骤：
[0013]调研天体表面岩石和陨坑的尺寸分布及密度分布，确定陨坑的深宽比、岩石高度与底部宽度的比例，确定点间隔，生成局部点云；
[0014]生成半球模型：以半球界面圆心为原点O，截面与XOY平面重合，陨坑口朝上；由深
宽比确定对应半球的参数方程，在一致点间隔的情况下，确定陨坑内各点的深度；
[0015]生成半椭球体模型：生成岩石时，设椭球截面为圆，以其截面圆心为原点O，截面与XOY平面重合，椭球球体朝上；由深宽比确定对应岩石的椭球参数方程，以上述点间隔确定岩石内各点的横纵坐标，代入椭球方程，求取高度；
[0016]按生成的陨石坑模型和岩石模型的形状存储其高度和深度。
[0017]进一步地，所述噪声模型包括高斯白噪声和由于视场边缘回光不足导致的点云数据错误噪声。
[0018]一种地外天体表面障碍点云建模系统，包括：
[0019]第一模块，用以生成叠加地外天体表面障碍的基础平面模型；
[0020]第二模块，用以确定地外天体表面障碍类型及其模拟各类障碍的模型，生成障碍数据库；
[0021]第三模块，用以在基础平面模型上确定障碍中心点位置，从障碍数据库中选取障碍，按XY坐标的对应位置将高程值累加，生成叠加障碍后的三维点云；
[0022]第四模块，用以在三维点云中添加模拟激光雷达在扫描过程中产生的噪声的噪声模型。
[0023]进一步地，所述生成叠加地外天体表面障碍的基础平面模型包括如下步骤：将平面点云等间隔排布，预设平面高度Z，以坐标(0,0,Z)为中心生成基础平面点云；
[0024]生成的基础平面为有一定坡度的平面，数据格式为规格化的三维点云；
[0025]所述地外天体表面障碍类型包括陨石坑和岩石，分别用半球模型和半椭球体进行模拟；
[0026]所述生成障碍数据库包括如下步骤：
[0027]调研天体表面岩石和陨坑的尺寸分布及密度分布，确定陨坑的深宽比、岩石高度与底部宽度的比例，确定点间隔，生成局部点云；
[0028]生成半球模型：以半球界面圆心为原点O，截面与XOY平面重合，陨坑口朝上；由深宽比确定对应半球的参数方程，在一致点间隔的情况下，确定陨坑内各点的深度；
[0029]生成半椭球体模型：生成岩石时，设椭球截面为圆，以其截面圆心为原点O，截面与XOY平面重合，椭球球体朝上；由深宽比确定对应岩石的椭球参数方程，以上述点间隔确定岩石内各点的横纵坐标，代入椭球方程，求取高度；
[0030]按生成的陨石坑模型和岩石模型的形状存储其高度和深度；
[0031]所述噪声模型包括高斯白噪声和由于视场边缘回光不足导致的点云数据错误噪声。
[0032]一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。
[0033]一种地外天体表面障碍点云建模设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种地外天体表面障碍点云建模方法的步骤。
[0034]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0035]本专利技术对地形典型障碍(陨石坑和岩石)进行建模，根据不同地区的障碍分布特性生成地表三维图像，可获得大量天体地形三维点云数据。同时充分考虑除高斯噪声之外的
其他图像问题，例如激光雷达在扫描过程中由于场景光照、地面反射率、激光能量等问题带来的回光缺失、不规律噪点等，解决了实景成像成本高、数据量小的问题，同时还使得数据尽可能真实有效，保证算法的有效性和鲁棒性得到充分测试验证。
附图说明
[0036]图1为障碍地形生成流程图；
[0037]图2为陨坑仿真示意图；
[0038]图3为岩石仿真示意图；
[0039]图4为障碍及噪声叠加后仿真图—XY视角；
[0040]图5为最终障碍及噪声叠加后仿真图示例—立体视角。最终仿真图像是叠加了仿真障碍(陨坑、岩石)及敏感器噪声，包含点云缺失部分。
具体实施方式
[0041]为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0042]以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地外天体表面障碍点云建模方法，其特征在于，包括如下步骤：生成叠加地外天体表面障碍的基础平面模型；确定地外天体表面障碍类型及其模拟各类障碍的模型，生成障碍数据库；在基础平面模型上确定障碍中心点位置，从障碍数据库中选取障碍，按XY坐标的对应位置将高程值累加，生成叠加障碍后的三维点云；在三维点云中添加模拟激光雷达在扫描过程中产生的噪声的噪声模型，完成地外天体表面障碍点云建模。2.根据权利要求1所述的一种地外天体表面障碍点云建模方法，其特征在于，所述生成叠加地外天体表面障碍的基础平面模型包括如下步骤：将平面点云等间隔排布，预设平面高度Z，以坐标(0,0,Z)为中心生成基础平面点云。3.根据权利要求2所述的一种地外天体表面障碍点云建模方法，其特征在于：生成的基础平面为有一定坡度的平面，数据格式为规格化的三维点云。4.根据权利要求1所述的一种地外天体表面障碍点云建模方法，其特征在于：所述地外天体表面障碍类型包括陨石坑和岩石，分别用半球模型和半椭球体进行模拟。5.根据权利要求1所述的一种地外天体表面障碍点云建模方法，其特征在于，所述生成障碍数据库包括如下步骤：调研天体表面岩石和陨坑的尺寸分布及密度分布，确定陨坑的深宽比、岩石高度与底部宽度的比例，确定点间隔，生成局部点云；生成半球模型：以半球界面圆心为原点O，截面与XOY平面重合，陨坑口朝上；由深宽比确定对应半球的参数方程，在一致点间隔的情况下，确定陨坑内各点的深度；生成半椭球体模型：生成岩石时，设椭球截面为圆，以其截面圆心为原点O，截面与XOY平面重合，椭球球体朝上；由深宽比确定对应岩石的椭球参数方程，以上述点间隔确定岩石内各点的横纵坐标，代入椭球方程，求取高度；按生成的陨石坑模型和岩石模型的形状存储其高度和深度。6.根据权利要求1所述的一种地外天体表面障碍点云建模方法，其特征在于：所述噪声模型包括高斯白噪声和由于视场边缘回光不足导致的点云数据错误噪声。7.一种地外天体表面障碍点云建模系统，其特征在于，包括：第一模块，用...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，李涛，华宝成，王立，王晓磊，何健，周益，张琳，郝策，洪帅，付有权，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：