Line Extraction Method with Brightness-Weighted Partitions for Planetary Rover In-Orbit Calibration

LIU Mingyue; ZHU Huizhong; XU Xinchao; QIAO Haolei; FU Xiaotian; ZHAO Hanguang

doi:10.13203/j.whugis20220475

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Line Extraction Method with Brightness-Weighted Partitions for Planetary Rover In-Orbit Calibration

Photogrammetry and Remote Sensing | 更新时间：2026-11-05

- Line Extraction Method with Brightness-Weighted Partitions for Planetary Rover In-Orbit Calibration
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 1, Pages: 120-132(2025)
- 作者机构：
  
  1.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院，辽宁阜新，123000
  2.中国科学院空天信息创新研究院，北京，100094
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the Natural Science Foundation of Liaoning Province(20180550849);the Basic Research Project of the Educational Department of Liaoning Province(LJ2019JL021)
- DOI：10.13203/j.whugis20220475
  CLC： P237
- Received：14 February 2023，
  
  Published：05 January 2025
- 稿件说明：
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刘明岳,祝会忠,徐辛超，等.用于行星车在轨标定的亮度加权分区间直线提取方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):120-132.

LIU Mingyue,ZHU Huizhong,XU Xinchao,et al.Line Extraction Method with Brightness-Weighted Partitions for Planetary Rover In-Orbit Calibration[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):120-132.
刘明岳,祝会忠,徐辛超，等.用于行星车在轨标定的亮度加权分区间直线提取方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(1):120-132. DOI：10.13203/j.whugis20220475

LIU Mingyue,ZHU Huizhong,XU Xinchao,et al.Line Extraction Method with Brightness-Weighted Partitions for Planetary Rover In-Orbit Calibration[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(1):120-132. DOI：10.13203/j.whugis20220475

摘要

针对在轨标定时强光照条件造成直线提取效果较差的问题，提出了一种用于行星车在轨标定的亮度加权分区间直线提取方法。首先，对梯度幅值和梯度方向进行统计，获得梯度方向分布模型并根据高斯分布的标准差进行自适应区间划分；然后，以像素的亮度作为权重依据，确定各区间的梯度阈值并进行初始的边缘链提取；接着，根据梯度方向直方图确定各边缘链的种子点，通过动态跟踪完成直线的初步检测；最后，结合端点距离、重心一致性约束进行直线连接，利用亥姆赫兹准则完成直线验证。采用嫦娥三号的立体太阳能板导航影像开展了直线提取、匹配及直线约束下的在轨标定实验，并与经典的线段检测器(line segment detector，LSD)和边缘绘制线段检测(edge drawing lines，EDLines)方法进行了对比。结果表明，所提方法较LSD和EDLines方法正确直线提取分别最大提升了62.35%和43.21%，平均提升了37.96%和27.76%；采用直线约束开展立体视觉系统标定的精度提升了6.45%，较另外两种直线提取结果约束下的精度分别提升了4.38%和2.30%，表明所提的直线提取方法更优，可以辅助实现更高精度的行星车立体视觉系统的在轨标定。

Abstract

Objectives

Aiming at the problem that the straight line extraction effect is poor due to the strong illumination condition during the in-orbit calibration

so a brightness weighted inter-partition straight line extraction method for in-orbit calibration of planetary rover is proposed.

Methods

A line extraction method with brightness-weighted partitions for planetary rover in-orbit calibration is proposed. First

the gradient magnitude and direction are counted

the gradient direction distribution model is obtained

and the adaptive interval division is carried out according to the standard deviation of Gaussian distribution. Then

taking the brightness of pixels as the weight basis

the gradient threshold of each interval is determined and the initial edge chain is extracted. The seed points of each edge chain are determined according to the histogram of gradient direction

and the initial detection of straight lines are completed by dynamic tracking. Combining with the constraint of the final end point distance and the consistency of the center of gravity

the straight lines are connected

and the Helmholtz criterion is used to complete the straight lines verification. The solar panel navigation images of Chang'e-3 are used to carry out the experiments of line extraction

matching and in-orbit calibration under the constraint of lines compared with the classic line segment detector and edge drawing lines methods.

Results

Through several line extraction methods

the line extraction results of navigation images show that the correct straight line extraction of this method is improved by 62.35% and 43.21% at the maximum and 37.96% and 27.76% on average

and the accuracy of stereo vision system calibration with line constraint is improved by 6.45%

which is 4.38% and 2.30% higher than that with other two line extraction results.

Conclusions

The line extraction method with brightness-weighted partitions can assist in the in-orbit calibration of planetary rover stereo vision system with higher accuracy.

关键词

Keywords

references

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