一种基于稠密光流的火箭整流罩分离角速度测量方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115035144A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210413392.9(22)申请日2022.04.20(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人尹继豪冯家齐彭玟滔(51)Int.Cl.G06T7/136(2017.01)G06T7/215(2017.01)G06T7/246(2017.01)G06T7/269(2017.01)G06T5/00(2006.01)G01P3/38(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种基于稠密光流的火箭整流罩分离角速度测量方法(57)摘要本方法致力于解决基于稠密光流的计算机视觉算法难以在画面质量较差的情况下稳定跟踪整流罩运动边界区域并进行速度计算的问题，我们提出一种基于稠密光流的火箭整流罩分离角速度测量方法，首先利用背景建模去除载荷区域，再利用帧间差分和区域阈值分割稳定跟踪整流罩运动区域，随后利用稠密光流对整流罩运动区域内的像素进行运动信息计算，最后根据二维像素运动和三维目标运动之间的转换关系解算得到整流罩分离的角速度。该方法可用于箭载摄像装置拍摄的火箭整流罩分离真实影像分析。CN115035144ACN115035144A权利要求书1/1页1.基于稠密光流的火箭整流罩分离角速度测量方法由整流罩分离段视频截取，背景前景区域分割和基于稠密光流的角速度解算三部分组成，其特征在于，整流罩运动边界区域提取采用先背景去除再前景分割的方式，具体步骤如下：步骤一：利用高斯背景建模去除视场中的载荷区域；步骤二：利用帧间差分捕捉视场中的运动区域；步骤三：利用阈值分割提取整流罩区域，并与步骤二区域求交集得到整流罩运动边界区域。2.根据权力要求1所述的火箭整流罩分离角速度测量方法，其特征在于，基于稠密光流的角速度解算只针对整流罩运动边界区域进行稠密光流采样，其具体步骤如下：步骤一：输入整流罩长度、最大外径和视频帧率信息；步骤二：对整流罩运动边界区域进行稠密光流采样，得到各点的像素速度，再利用高斯分布建模筛除离群点；步骤三：建模二维像素运动与三维物体运动的转换关系，解算得到整流罩分离的角速度。2CN115035144A说明书1/3页一种基于稠密光流的火箭整流罩分离角速度测量方法技术领域[0001]本发明是一种基于稠密光流的火箭整流罩分离角速度测量方法，在箭载摄像装置拍摄到整流罩分离画面后，该方法可从画面中捕捉整流罩分离面所在区域，利用稠密光流对区域内所有像素点的前后帧运动信息进行跟踪，并建模二维像素运动与三维物体运动的转换关系，解算得到整流罩分离的角速度。该方法可用于航天飞行器测控领域。背景技术[0002]整流罩可保护运载火箭有效载荷免受大气层各种干扰因素的影响。为节省燃料和便于载荷释放，在运载火箭飞出大气层后，须将整流罩抛离。对于采用侧向旋转分离方式的两瓣式整流罩，其分离时的过顶角速度须满足设计要求。因此火箭整流罩分离角速度测量是评估分离效果的关键技术，是开展整流罩分离系统设计的基础，在提升航天发射任务可靠性方面具有重要意义。目前，整流罩分离角速度测量研究主要包括三种方式，一是软件仿真试验，二是地面模拟试验，三是真实影像分析。[0003]软件仿真试验主要利用有限元分析等方法仿真整流罩分离过程的力学特性和运动特性。其依据整流罩的真实尺寸构建物理模型，并对不同区域赋予相应的材料属性，再根据精度要求设置有限元网格数量。由于两瓣式整流罩分布对称，一般对单侧整流罩设置铰链约束和弹簧作用力等边界条件建立动力学系统。该方法的条件参数更改方便，能获取实时的分离角速度数据，仿真成本较低，但试验过程中边界条件设置过于理想，与实际工况存在一定差异，因此其角速度数据只能作为参考。[0004]地面模拟试验中，重力场可用于模拟整流罩分离时的过载作用。为排除大气干扰对整流罩分离的影响，一种方法是在大型真空罐中开展试验，另一种则是建模大气环境的气动作用。前者虽近似模拟了真实工况，但试验系统设备昂贵，国内往往采用后者，通过量化分析确定试验与真实工况的差别，从而通过地面试验评估整流罩分离设计的正确性。该方法可对真实整流罩开展试验分析，但模拟实验中气动因素过于复杂，包括负压和气动阻力等多种情况，因此测量得到的分离角速度与真实情况存在偏差。[0005]真实影像分析的数据来自箭载摄像装置，现有的分析方式以专家人工观察为主。由于人眼对速度信息不敏感，无法直接观察整流罩分离阶段的角速度变化规律，因此在缺少客观数据辅助的情况下，人工观察存在误判风险。随着计算机视觉技术的不断发展，利用单目相机进行目标运动信息的提取成为可能，该技术可提供客观数据辅助人工判断。光流法是其中一种表征相邻帧物体运动信息的方法。