[发明专利]一种基于计算机视觉的射击工况下火炮身管振动测量方法

说明书

针对当前射击工况下火炮身管振动的测量方法精度低，难以对火炮射击密集度进行准确预测的问题，本发明提出了一种基于计算机视觉的射击工况下火炮身管振动测量方法。该方法利用工业相机获取射击工况火炮身管振动的视频，利用图像相位信息具有光照鲁棒性的特征，构建了基于图像相位信息的多尺度光流算法，对射击工况下火炮身管振动进行高精度测量。所提方法测量装置简单，无需对火炮身管表面进行标记，易于应用。

技术领域

本发明属于结构运动测量技术领域，特别涉及一种基于计算机视觉的射击工况下火炮身管振动测量方法。

背景技术

火炮是世界各军火力打击及防御的大型复杂武器系统，是装备数量最多、使用最频繁的武器之一。火炮威力大、火力反应快、持续作战能力强、机动性高、且具备自主作战能力，其作用在世界局部战争中不可替代。射击密集度是火炮系统最主要的战技性能之一，是衡量火炮打击能力的重要指标。影响火炮射击密集度的主要因素是起始扰动、推力偏心等，根本原因是前发射弹引起的火炮身管振动增加了后发射弹的起始扰动。因此，发射时火炮身管的振动是影响火炮射击密集度的主要根源。

现有火炮身管振动测量手段主要通过加速度、电涡流等传感器。其中，加速度传感器附着在火炮身管上，通过获取传感器信号对身管的振动信息进行提取，该方法由于传感器数量和仪器通道数目的限制，只能对结构上离散点的位置进行测量，测量分辨率较低。电涡流测量方法需要火炮身管上固定一面薄壁形金属反射板，反射板与电涡流探头之间的运动位移即代表火炮身管振动位移。由于反射板面积较大及火炮身管振动加速度大会引起反射板显著弹性变形，该变形叠加在火炮身管振动位移物理量中无法分离，使电涡流法测试误差较大。目前，也有少量基于计算机视觉的火炮身管振动测量方法，需要在结构表面进行标记，但当火炮射击时产生的巨大振动易使标记在射击过程中脱落，给测量造成极大的困难。

计算机视觉技术是近年发展起来的一种全新的非接触式计算机视觉运动捕捉技术。目前，该方法已被用来测量结构的运动，但利用多尺度图像相位信息对射击工况下火炮身管进行无标记、高精度、高分辨率的振动测量尚未见报道。为此，本发明提出一种基于计算机视觉的射击工况下火炮身管振动测量方法。

发明内容

针对当前射击工况下火炮身管振动的测量方法精度低，难以对火炮射击密集度进行准确预测的问题，本发明的目的在于提供一种基于计算机视觉的射击工况下火炮身管振动测量方法，

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于计算机视觉的射击工况下火炮身管振动测量方法，包括以下步骤：

步骤1)利用工业相机对射击工况下的火炮身管振动进行视频记录；

步骤2)采用图像多尺度分解技术，逐帧构建图像多尺度金字塔；

步骤3)对金字塔的每层图像进行小波变换，提取不同层图像的相位信息；

步骤4)采用短时亮度恒定假设，选取图像相位信息，构建测量关键特征点的多尺度相位光流算法，对火炮身管的振动响应进行测量。

与现有的火炮身管运动测量方法相比，本发明的优势体现为：

1)本发明利用了图像相位对光照、照度等噪声不敏感的特征，相对于基于灰度的计算方法，计算结果具有较高精度；

2)无需依赖于人工标记等火炮结构表面预处理，具有更广的适用范围。

附图说明

图1为基于图像相位的火炮身管结构时域振动响应流程示意图。

图2图像金字塔模型示意图

图3为不同角度的Gabor小波图像实部和虚部示意图。

图4为基于多尺度图像金字塔获取多尺度图像相位信息示意图。