CN102968795A - 基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法 - Google Patents

Abstract

基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法。本发明涉及图像处理技术领域。本发明要解决现有陨石坑提取与匹配方法存在的误匹配问题。步骤如下：从已经建立匹配的陨石坑对中，选取一个陨石坑对；根据星历计算图像拍摄时刻的太阳高度角θ；根据三维陨石坑模型和太阳高度角θ计算取自行星三维地形图的陨石坑阴影面积与外轮廓面积的比值S_R；计算取自下降过程中拍摄的图像中的陨石坑阴影面积与外廓面积的比值S’；若|S_R-S′|大于给定阈值，则认为选取的陨石坑对为误匹配。本发明在着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑与行星三维地形图中的陨石坑的匹配完成后，从已经建立匹配的陨石坑对中，剔除误匹配的陨石坑，提高陨石坑匹配的正确率。

Description

基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法。

背景技术

陨石坑是行星表面最为显著的地形特征，具有较为一致的几何形状和清晰的轮廓，易于匹配和跟踪，在行星着陆任务中，可将陨石坑作为行星着陆段的导航路标，以提高导航系统的精度。在基于陨石坑路标导航的任务中，要求所提取的陨石坑具有较高的信任度，并可以在着陆过程的大部分时段都可以与行星三维地形图中的陨石坑成功匹配。

相比行星二维影像图，行星三维地形图包含陨石坑直径、深度、倾角等尺寸参数，信息量更足。对三维陨石坑的绘制一般会在绕飞过程中由在轨观测器完成，例如美国MGS（Mars Global Surveyor）等火星在轨观测器及嫦娥一号、二号探测器对月表的观测等。通过探测器长期的在轨绕飞观测，可以获得着陆场周围的陨石坑位置以及尺寸等参数，比如利用激光雷达生成的数字高程图可以得到形状规则的陨石坑的直径以及倾角、深度信息等。

陨石坑提取和匹配的有效性决定了基于陨石坑路标的行星着陆段着陆器导航的精度和可靠性，因此，在完成着陆器下降过程中拍摄的图像与行星三维地形图中的陨石坑的检测和匹配后，需对可能存在的误匹配进行检查并剔除，以免影响后续的导航精度和可靠性。

使用梯形简化模型对三维陨石坑纵截面进行简化逼近，可以得到三维陨石坑的简化模型。利用简化模型可以计算不同太阳高度角下陨石坑内所形成的阴影面积，阴影面积与陨石坑外廓面积之比可以作为陨石坑误匹配判断的依据。

发明内容

本发明为了解决现有陨石坑提取与匹配方法存在的误匹配问题，而提出了基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法。

本发明的基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法，具体步骤如下：

步骤一：从已经建立匹配的陨石坑对中，选取一个陨石坑对，该陨石坑对的两个陨石坑分别取自行星着陆器下降过程中拍摄的图像和行星三维地形图；

步骤二：根据星历计算行星着陆器下降过程中拍摄图像时的太阳高度角θ；从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星三维地形图中的陨石坑，然后对选取的陨石坑进行梯形简化建模，得到简化三维模型；根据简化三维模型和太阳高度角θ计算该陨石坑内的阴影面积S_shadow的解析解，再根据简化三维模型计算该陨石坑外廓面积πR²，得到阴影面积与外轮廓面积的比值S_R；其中，S_R=S_shadow/πR²，R为该陨石坑的半径；

步骤三：从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑，基于最大稳定极值区域方法，提取该陨石坑受光照所形成的阴影区域，计算其阴影区域的面积；

步骤四：利用Canny边缘检测方法，对步骤一中的陨石坑对中取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑进行边缘检测并对该陨石坑的直径进行最小二乘拟合，根据拟合得到的直径计算陨石坑外廓面积，然后计算阴影面积与外廓面积的比值S’；

步骤五：设定阈值ε，将面积比S’与步骤二中的面积比S_R进行比较，若|S_R-S'|>ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对为误匹配；若|S_R-S'|≤ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对匹配正确，其中，步骤一中所述的已经建立匹配的陨石坑对是指：行星着陆器着陆过程中，在完成着陆器下降时拍摄图像中的陨石坑与行星三维地形图中的陨石坑的匹配后形成的陨石坑对。

本发明包含以下有益效果：

本发明用于行星着陆时陨石坑检测与匹配过程中，从已经建立匹配的陨石坑对中，剔除误匹配的陨石坑，提高陨石坑匹配的正确率。本发明与现有技术相比的优点在于：使用陨石坑受光照所形成的阴影面积与陨石坑外廓面积之比作为陨石坑误匹配判断的依据，充分利用三维陨石坑的尺寸参数信息，剔除误匹配的陨石坑，提高陨石坑匹配的正确率，进而提高了基于陨石坑路标的行星着陆段着陆器导航的精度和可靠性。该方法尤其适用于行星着陆任务中。

本发明的原理是：使用陨石坑受光照所形成的阴影面积与陨石坑外廓面积之比作为陨石坑误匹配判断的依据，从已经建立匹配的陨石坑对中，剔除误匹配的陨石坑对。当陨石坑对中取自下降过程拍摄的图像中的陨石坑阴影面积与外廓面积的比值S’与陨石坑对中取自行星三维地形图中的陨石坑阴影面积与外轮廓面积的比值S_R之差大于给定阈值，则认为出现误匹配，需剔除误匹配的陨石坑。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为三维陨石坑纵截面简化模型；

图3为下降过程中拍摄的太阳高度角θ满足β<θ<α时的陨石坑图片；

图4为太阳高度角θ满足β＜θ＜α时陨石坑内阴影区域示意图；

图5为下降过程中拍摄的太阳高度角θ满足0<θ＜β时的陨石坑图片；

图6为太阳高度角θ满足0<θ＜β时陨石坑内阴影区域示意图。

具体实施方式

结合图1对具体实施方式进行说明。

具体实施方式一：本实施方式的基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法，具体步骤如下：

步骤一：从已经建立匹配的陨石坑对中，选取一个陨石坑对，该陨石坑对的两个陨石坑分别取自行星着陆器下降过程中拍摄的图像和行星三维地形图；

步骤二：根据星历计算行星着陆器下降过程中拍摄图像时的太阳高度角θ；从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星三维地形图中的陨石坑，然后对选取的陨石坑进行梯形简化建模，得到简化三维模型；根据简化三维模型和太阳高度角θ计算该陨石坑内的阴影面积S_shadow的解析解，再根据简化三维模型计算该陨石坑外廓面积πR²，得到阴影面积与外轮廓面积的比值S_R；其中，S_R=S_shadow/πR²，R为该陨石坑的半径；

步骤三：从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑，基于最大稳定极值区域方法，提取该陨石坑受光照所形成的阴影区域，计算其阴影区域的面积；

步骤四：利用Canny边缘检测方法，对步骤一中的陨石坑对中取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑进行边缘检测并对该陨石坑的直径进行最小二乘拟合，根据拟合得到的直径计算陨石坑外廓面积，然后计算阴影面积与外廓面积的比值S’；

步骤五：设定阈值ε，将面积比S’与步骤二中的面积比S_R进行比较，若|S_R-S'|>ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对为误匹配；若|S_R-S'|≤ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对匹配正确，其中，步骤一中所述的已经建立匹配的陨石坑对是指：行星着陆器着陆过程中，在完成着陆器下降时拍摄图像中的陨石坑与行星三维地形图中的陨石坑的匹配后形成的陨石坑对；其中，步骤五中所述的ε根据实际情况由以往经验设定。

本实施方式用于行星着陆时陨石坑检测与匹配过程中，从已经建立匹配的陨石坑对中，剔除误匹配的陨石坑，提高陨石坑匹配的正确率。本实施方式与现有技术相比的优点在于：使用陨石坑受光照所形成的阴影面积与陨石坑外廓面积之比作为陨石坑误匹配判断的依据，充分利用三维陨石坑的尺寸参数信息，剔除误匹配的陨石坑，提高陨石坑匹配的正确率，进而提高了基于陨石坑路标的行星着陆段着陆器导航的精度和可靠性。该方法尤其适用于行星着陆任务中。

本实施方式的原理是：使用陨石坑受光照所形成的阴影面积与陨石坑外廓面积之比作为陨石坑误匹配判断的依据，从已经建立匹配的陨石坑对中，剔除误匹配的陨石坑对。当陨石坑对中取自下降过程拍摄的图像中的陨石坑阴影面积与外廓面积的比值S’与陨石坑对中取自行星三维地形图中的陨石坑阴影面积与外轮廓面积的比值S_R之差大于给定阈值，则认为出现误匹配，需剔除误匹配的陨石坑。

本实施方式步骤三中所述的最大稳定极值区域方法（MSER），提取图像中的阴影区域具体操作步骤如下：

1）给定行星着陆器下降过程中拍摄的图像I(x)，

为N×N的像坐标，设图像阈值集S(x)为灰度值小于I(x)的集合：

2）建立连续的像素路径X：(x₁,x₂,…,x_n)，对于灰度图像来说，n＝0~255；路径内像素间邻域关系按4-邻域建立，S(x)对应的为当前阈值下分割出的区域；在S(x)中寻找闭合的像素路径R(x_i,...x_k)1≤i<k≤n，当S内其他包含R的闭合路径R^～与R均相同，即区域停止扩大时，将R定义为S的极值域；将S(x)遍历图像I(x)便得到了单幅图像的极值域，记为R(I)；

3）建立极值域中的稳定区域：

在极值域R(I)中寻找灰度最大值作为阈值集：

I(R)=max(I(x))_x∈R，

定义R_+Δ与R_-Δ分别为极值域R的扩大极小域与缩小极大域，(Δ>0)：

$R_{+\mathrm{\&Delta;}}=\arg \min \left\{\right|Q|:Q\&Element;R\left(I\right),Q\&Superset;R,I\left(Q\right)\&GreaterEqual;I\left(R\right)+\mathrm{\&Delta;}\}$

$R_{-\mathrm{\&Delta;}}=\arg \max \left\{\right|Q|:Q\&Element;R\left(I\right),Q\&Superset;R,I\left(Q\right)\&GreaterEqual;I\left(R\right)-\mathrm{\&Delta;}\}$

其中argmin，argmax分别为求取泛函极小值与极大值函数；为了求取最大稳定极值区域，还需求出面积变化率：

$\mathrm{\&delta;}(R,\mathrm{\&Delta;})=\frac{\left|R_{+\mathrm{\&Delta;}}\right|-\left|R_{-\mathrm{\&Delta;}}\right|}{\left|R\right|},$

当面积变化率δ(R，Δ)为最小时，对应的区域R就是最大稳定极值区域（MSER）；

4）在单幅图像中通常存在多处MSER区域，在提取出MSER区域后，对互相有重叠的MSER区域进行像素点的逐点合并；

5）对合并后的MSER区域，若区域内像素灰度平均值低于整幅图像灰度平均值与标准差之差，则将此MSER区域标记为阴影区域，即完成对阴影区域的提取；若区域内像素灰度平均值高于整幅图像灰度平均值，则将此MSER区域标记为明亮区域。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同之处在于，步骤二中所述的根据简化三维模型和太阳高度角θ计算该陨石坑内的阴影面积S_shadow的解析解的方法为：

通过探测器长期的在轨绕飞观测，获得着陆场附近的形状规则的陨石坑的尺寸参数信息，包括陨石坑直径D，陨石坑深度d，陨石坑倾角α；则有

$\mathrm{\&beta;}=\mathrm{arccot}\left(\frac{D\sin \mathrm{\&alpha;}-2d\cos \mathrm{\&alpha;}+d\cos \mathrm{\&alpha;}}{d\sin \mathrm{\&alpha;}}\right);$

若太阳高度角θ满足β＜θ＜α，在已知陨石坑半径为R(R＝D/2)，陨石坑深度为d，陨石坑倾角为α的情况下，则阴影面积S_shadow为：

S_shadow=S₁+S₂+S₃

其中：

$S_1=h\&CenterDot;d\cot \mathrm{\&theta;}+\frac{1}{2}\{\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{R^2}-h^2[\sqrt{\frac{R^2}{h^2}-1}-\cot ({\mathrm{\&alpha;}}_1+{\mathrm{\&alpha;}}_2)\left]\right\}$

$S_2=\frac{(\mathrm{\&pi;}-2{\mathrm{\&alpha;}}_1-2{\mathrm{\&alpha;}}_4)\&CenterDot;R^2-l_1(2R-d\cot \mathrm{\&theta;})-(d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\sin {\mathrm{\&alpha;}}_1\&CenterDot;R)}{4}$

$S_3={\&Integral;}_{R\sqrt{1-c^2}}^{d\cot \mathrm{\&alpha;}-R}\left(\frac{x+c\&CenterDot;\sqrt{R^2-c^2{x}^2}}{1-c^2}\right)\mathrm{dx},$ $c=\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{\tan \mathrm{\&theta;}}$

α₁,α₂,α₃,α₄、h和l₁分别为：

${\mathrm{\&alpha;}}_1=\arccos \left(\frac{d^2{\cot }^2\mathrm{\&theta;}+R^2-{(R-d\cot \mathrm{\&alpha;})}^2}{2d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;R}\right),$ ${\mathrm{\&alpha;}}_2=\arcsin \left(\frac{d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&alpha;}}{R-d\cot \mathrm{\&alpha;}}\right)$

${\mathrm{\&alpha;}}_3=\arcsin \left(\frac{R-d\cot \mathrm{\&alpha;}\sin ({\mathrm{\&alpha;}}_1+{\mathrm{\&alpha;}}_2)}{R}\right),$ ${\mathrm{\&alpha;}}_4=\arcsin \left(\frac{2R-d\cot \mathrm{\&theta;}}{2R}\right)$

h=sin(α₁+α₂)·(R-dcotα),l₁=Rtanθcotα

。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同之处在于，若太阳高度角θ满足0<θ＜β，在已知陨石坑半径为R(R＝D/2)，陨石坑深度为d，陨石坑倾角为α的情况下，则阴影面积S_shadow为：

S_shadow=2(S₁+S₂)

其中：

$S_1=\frac{\arcsin \left(\tan \mathrm{\&theta;}\cot \mathrm{\&alpha;}\right)\&CenterDot;R^2-R^2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&theta;}\cot \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sqrt{1-{\tan }^2\mathrm{\&theta;}{\cot }^2\mathrm{\&alpha;}}}{2}$

$S_2={\&Integral;}_{R\sqrt{1-c^2}}^{\frac{2R\sin \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&theta;}}{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&theta;})}}\left(\frac{x+c\&CenterDot;\sqrt{R^2-c^2{x}^2}}{1-c^2}\right)\mathrm{dx},$ $c=\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{\tan \mathrm{\&theta;}}.$     其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

通过以下试验验证本发明的有益效果：

本试验的基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法，具体步骤如下：

步骤一：在行星着陆器着陆过程中，在完成着陆器下降时拍摄图像中的陨石坑与行星三维地形图中的陨石坑的匹配后，从已经建立匹配的陨石坑对中，选取一个陨石坑对，其中该陨石坑对的两个陨石坑分别取自行星着陆器下降过程中拍摄的图像和行星三维地形图；

步骤二：根据星历计算行星着陆器下降过程中拍摄图像时的太阳高度角θ；从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星三维地形图中的陨石坑，然后对选取的陨石坑进行梯形简化建模，得到简化三维模型；根据简化三维模型和太阳高度角θ计算该陨石坑内的阴影面积S_shadow的解析解，再根据简化三维模型计算该陨石坑外廓面积πR²，得到阴影面积与外轮廓面积的比值S_R；其中，S_R=S_shadow/πR²，R为该陨石坑的半径；

通过探测器长期的在轨绕飞观测，可以获得着陆场附近的规则陨石坑的尺寸参数信息，包括陨石坑直径D，陨石坑深度d，陨石坑倾角α，对简化三维模型进行梯形简化建模，简化三维模型纵截面简化模型如图2所示，图中，θ为太阳高度角，α为梯形的腰与下底延长线的夹角，β为梯形对角线与下底的夹角，设β为

$\mathrm{\&beta;}=\mathrm{arccot}\left(\frac{D\sin \mathrm{\&alpha;}-2d\cos \mathrm{\&alpha;}+d\cos \mathrm{\&alpha;}}{d\sin \mathrm{\&alpha;}}\right),$

陨石坑内的阴影面积S_shadow与太阳高度角θ的范围有关，随着太阳高度角θ的变化，陨石坑阴影区域会呈现不同情况的变化，当θ＞α时,陨石坑内无法形成阴影区域；当β＜θ＜α时，如图3所示，陨石坑受光照作用坑内将形成凹形阴影区域，其中R为陨石坑外廓半径，r为陨石坑坑底半径；当0<θ＜β时，如图5所示，陨石坑受光照作用坑内将形成凸形阴影区域；

(1)当太阳高度角θ满足β＜θ＜α时，陨石坑受光照作用坑内将形成凹形阴影区域，如图3所示，在已知陨石坑半径R(R＝D/2)，深度d，倾角α的情况下，阴影面积S_shadow可表示为：

S_shadow=S₁+S₂+S₃

其中S₁,S₂,S₃分别为阴影的分块面积：

$S_1=h\&CenterDot;d\cot \mathrm{\&theta;}+\frac{1}{2}\{\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{R^2}-h^2[\sqrt{\frac{R^2}{h^2}-1}-\cot ({\mathrm{\&alpha;}}_1+{\mathrm{\&alpha;}}_2)\left]\right\}$

$S_2=\frac{(\mathrm{\&pi;}-2{\mathrm{\&alpha;}}_1-2{\mathrm{\&alpha;}}_4)\&CenterDot;R^2-l_1(2R-d\cot \mathrm{\&theta;})-(d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\sin {\mathrm{\&alpha;}}_1\&CenterDot;R)}{4}$

$S_3={\&Integral;}_{R\sqrt{1-c^2}}^{d\cot \mathrm{\&alpha;}-R}\left(\frac{x+c\&CenterDot;\sqrt{R^2-c^2{x}^2}}{1-c^2}\right)\mathrm{dx},$ $c=\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{\tan \mathrm{\&theta;}}$

α₁,α₂,α₃,α₄以及h，l₁分别为：

${\mathrm{\&alpha;}}_1=\arccos \left(\frac{d^2{\cot }^2\mathrm{\&theta;}+R^2-{(R-d\cot \mathrm{\&alpha;})}^2}{2d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;R}\right),$ ${\mathrm{\&alpha;}}_2=\arcsin \left(\frac{d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&alpha;}}{R-d\cot \mathrm{\&alpha;}}\right)$

${\mathrm{\&alpha;}}_3=\arcsin \left(\frac{R-d\cot \mathrm{\&alpha;}\sin ({\mathrm{\&alpha;}}_1+{\mathrm{\&alpha;}}_2)}{R}\right),$ ${\mathrm{\&alpha;}}_4=\arcsin \left(\frac{2R-d\cot \mathrm{\&theta;}}{2R}\right)$

h=sin(α₁+α₂)·(R-dcotα),l₁=Rtanθcotα

(2)当太阳高度角θ满足0<θ＜β时，陨石坑受光照作用坑能将形成凸形阴影区域，如图4所示，在已知陨石坑半径R(R＝D/2)，深度d，倾角α的情况下，阴影面积S_shadow可表示为：

S_shadow=2(S₁+S₂)

其中S₁,S₂分别为阴影的分块面积：

$S_1=\frac{\arcsin \left(\tan \mathrm{\&theta;}\cot \mathrm{\&alpha;}\right)\&CenterDot;R^2-R^2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&theta;}\cot \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sqrt{1-{\tan }^2\mathrm{\&theta;}{\cot }^2\mathrm{\&alpha;}}}{2}$

$S_2={\&Integral;}_{R\sqrt{1-c^2}}^{\frac{2R\sin \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&theta;}}{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&theta;})}}\left(\frac{x+c\&CenterDot;\sqrt{R^2-c^2{x}^2}}{1-c^2}\right)\mathrm{dx},$ $c=\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{\tan \mathrm{\&theta;}}$

陨石坑外轮廓面积为πR²，则陨石坑阴影面积与外轮廓面积的比值S_R为S_R=S_shadow/πR²；

步骤三：从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑，基于最大稳定极值区域方法，提取该陨石坑受光照所形成的阴影区域，计算其阴影区域的面积；

步骤四：利用NASA视觉小组Cheng提出的基于Canny边缘的陨石坑描述方法，设陨石坑为形状规则的圆，对步骤一中的陨石坑对中取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑进行边缘检测并对该陨石坑的直径进行最小二乘拟合，根据拟合得到的直径计算陨石坑外廓面积，然后计算阴影面积与外廓面积的比值S’；

步骤五：设定阈值ε，将面积比S’与步骤二中的面积比S_R进行比较，若|S_R-S'|>ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对为误匹配；若|S_R-S'|≤ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对匹配正确。

本试验用于行星着陆时陨石坑检测与匹配过程中，从已经建立匹配的陨石坑对中，剔除误匹配的陨石坑，提高陨石坑匹配的正确率。本试验与现有技术相比的优点在于：使用陨石坑受光照所形成的阴影面积与陨石坑外廓面积之比作为陨石坑误匹配判断的依据，充分利用三维陨石坑的尺寸参数信息，剔除误匹配的陨石坑，提高陨石坑匹配的正确率，进而提高了基于陨石坑路标的行星着陆段着陆器导航的精度和可靠性。该方法尤其适用于行星着陆任务中。

Claims (3)

1.基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法，其特征在于，它的步骤如下：

步骤一：从已经建立匹配的陨石坑对中，选取一个陨石坑对，该陨石坑对的两个陨石坑分别取自行星着陆器下降过程中拍摄的图像和行星三维地形图；

步骤二：根据星历计算行星着陆器下降过程中拍摄图像时的太阳高度角θ；从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星三维地形图中的陨石坑，然后对选取的陨石坑进行梯形简化建模，得到简化三维模型；根据简化三维模型和太阳高度角θ计算该陨石坑内的阴影面积S_shadow的解析解，再根据简化三维模型计算该陨石坑外廓面积πR²，得到阴影面积与外轮廓面积的比值S_R；其中，S_R=S_shadow/πR²，R为该陨石坑的半径；

步骤三：从步骤一中的陨石坑对中选择取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑，基于最大稳定极值区域方法，提取该陨石坑受光照所形成的阴影区域，计算其阴影区域的面积；

步骤四：利用Canny边缘检测方法，对步骤一中的陨石坑对中取自行星着陆器下降过程中拍摄图像中的陨石坑进行边缘检测并对该陨石坑的直径进行最小二乘拟合，根据拟合得到的直径计算陨石坑外廓面积，然后计算阴影面积与外廓面积的比值S’；

步骤五：设定阈值ε，将面积比S’与步骤二中的面积比S_R进行比较，若|S_R-S'|>ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对为误匹配；若|S_R-S'|≤ε，则认为步骤一中选择的陨石坑对匹配正确，其中，步骤一中所述的已经建立匹配的陨石坑对是指：行星着陆器着陆过程中，在完成着陆器下降时拍摄图像中的陨石坑与行星三维地形图中的陨石坑的匹配后形成的陨石坑对。

2.根据权利要求1所述的基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法，其特征在于步骤二中所述的根据简化三维模型和太阳高度角θ计算该陨石坑内的阴影面积S_shadow的解析解的方法为：

通过探测器长期的在轨绕飞观测，获得着陆场附近的形状规则的陨石坑的尺寸参数信息，包括陨石坑直径D，陨石坑深度d，陨石坑倾角α；则有

$\mathrm{\&beta;}=\mathrm{arccot}\left(\frac{D\sin \mathrm{\&alpha;}-2d\cos \mathrm{\&alpha;}+d\cos \mathrm{\&alpha;}}{d\sin \mathrm{\&alpha;}}\right);$

若太阳高度角θ满足β＜θ＜α，在已知陨石坑半径为R(R＝D/2)，陨石坑深度为d，陨石坑倾角为α的情况下，则阴影面积S_shadow为：

S_shadow=S₁+S₂+S₃

其中：

$S_1=h\&CenterDot;d\cot \mathrm{\&theta;}+\frac{1}{2}\{\frac{{\mathrm{\&alpha;}}_3}{R^2}-h^2[\sqrt{\frac{R^2}{h^2}-1}-\cot ({\mathrm{\&alpha;}}_1+{\mathrm{\&alpha;}}_2)\left]\right\}$

$S_2=\frac{(\mathrm{\&pi;}-2{\mathrm{\&alpha;}}_1-2{\mathrm{\&alpha;}}_4)\&CenterDot;R^2-l_1(2R-d\cot \mathrm{\&theta;})-(d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\sin {\mathrm{\&alpha;}}_1\&CenterDot;R)}{4}$

$S_3={\&Integral;}_{R\sqrt{1-c^2}}^{d\cot \mathrm{\&alpha;}-R}\left(\frac{x+c\&CenterDot;\sqrt{R^2-c^2{x}^2}}{1-c^2}\right)\mathrm{dx},$ $c=\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{\tan \mathrm{\&theta;}}$

α₁,α₂,α₃,α₄、h和l₁分别为：

${\mathrm{\&alpha;}}_1=\arccos \left(\frac{d^2{\cot }^2\mathrm{\&theta;}+R^2-{(R-d\cot \mathrm{\&alpha;})}^2}{2d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;R}\right),$ ${\mathrm{\&alpha;}}_2=\arcsin \left(\frac{d\cot \mathrm{\&theta;}\&CenterDot;\sin \mathrm{\&alpha;}}{R-d\cot \mathrm{\&alpha;}}\right)$

${\mathrm{\&alpha;}}_3=\arcsin \left(\frac{R-d\cot \mathrm{\&alpha;}\sin ({\mathrm{\&alpha;}}_1+{\mathrm{\&alpha;}}_2)}{R}\right),$ ${\mathrm{\&alpha;}}_4=\arcsin \left(\frac{2R-d\cot \mathrm{\&theta;}}{2R}\right)$

h=sin(α₁+α₂)·(R-dcotα),l₁=Rtanθcotα。

3.根据权利要求1或2所述的基于阴影面积与外廓面积比值的陨石坑误匹配判断方法，其特征在于，若太阳高度角θ满足0<θ＜β，在已知陨石坑半径为R(R＝D/2)，陨石坑深度为d，陨石坑倾角为α的情况下，则阴影面积S_shadow为：

S_shadow=2(S₁+S₂)

其中：

$S_1=\frac{\arcsin \left(\tan \mathrm{\&theta;}\cot \mathrm{\&alpha;}\right)\&CenterDot;R^2-R^2\&CenterDot;\tan \mathrm{\&theta;}\cot \mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\sqrt{1-{\tan }^2\mathrm{\&theta;}{\cot }^2\mathrm{\&alpha;}}}{2}$

$S_2={\&Integral;}_{R\sqrt{1-c^2}}^{\frac{2R\sin \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&theta;}}{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&theta;})}}\left(\frac{x+c\&CenterDot;\sqrt{R^2-c^2{x}^2}}{1-c^2}\right)\mathrm{dx},$ $c=\frac{\tan \mathrm{\&alpha;}}{\tan \mathrm{\&theta;}}.$

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