[發明專利]一種基于計算機視覺的射擊工況下火炮身管振動測量方法

有效

• 申請號: 202110983973.1
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113781522B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 孫羽鍵;徐自力;辛存;王存俊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/262;G06T7/269;G06T5/00;G06T7/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種基于計算機視覺的射擊工況下火炮身管振動測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)利用工業相機對射擊工況下的火炮身管振動進行視頻記錄；

步驟2)采用圖像多尺度分解技術，逐幀構建圖像多尺度金字塔；

步驟3)對金字塔的每層圖像進行小波變換，提取不同層圖像的相位信息；

步驟4)采用短時亮度恒定假設，選取圖像相位信息，構建測量關鍵特征點的多尺度相位光流算法，對火炮身管的振動響應進行測量。

2.根據權利要求1所述基于計算機視覺的射擊工況下火炮身管振動測量方法，其特征在于，所述步驟2)中圖像多尺度金字塔的構建過程如下：

利用高斯基函數對圖像進行平滑處理：

式中：L(x,y,σ)表示利用高斯核函數平滑處理后的圖像，I(x,y)表示灰度圖像，G(x,y,σ)表示高斯基函數，σ表示尺度參數，表示卷積運算，x,y表示像素坐標；

選取長度大小為s的窗口，對平滑處理后的圖像進行采樣處理，即：

式中：I_downsample(x,y,σ+1)表示采樣后的灰度圖像；

迭代平滑處理、采樣m次，獲取不同分辨率大小的灰度圖像，構建圖像多尺度金字塔，共計m層。

3.根據權利要求1所述基于計算機視覺的射擊工況下火炮身管振動測量方法，其特征在于，所述步驟3)中相位信息的提取過程如下：

將灰度圖像用一系列不同頻率的正弦波進行表征：

式中：I(x,y,σ)表示尺度為σ的灰度圖像，A表示圖像的強度，φ表示圖像的相位，x+δ(t)表示相位中像素的位置；

對于t時刻任意尺度灰度圖像I(x,y,t)，采用Gabor小波核函數對灰度圖像進行處理，獲取圖像的相位信息，表示如下：

式中：x，y表示像素坐標，φ_θ(x,y,t)表示在t時刻坐標在(x,y)處的圖像相位值，A_θ(x,y,t)表示在t時刻坐標在(x,y)處的圖像幅值，H_θ表示方向為θ的Gabor小波，其函數表示為：

式中：λ表示Gabor小波的波長，θ表示Gabor小波的方向，ψ表示相位的偏差，γ表示空間寬高比，表示Gabor小波的標準差，表示Gabor小波的實部，表示Gabor小波的虛部，x′、y′表示小波變換后的圖像像素坐標，記為：

x′＝xcosθ+ysinθ

y′＝-xsinθ+ycosθ。

4.根據權利要求3所述基于計算機視覺的射擊工況下火炮身管振動測量方法，其特征在于，所述步驟4)中，先基于相位信息進行單一尺度圖像光流計算，然后融合多個尺度上的光流信息，構建多尺度光流算法，對火炮身管的振動響應進行測量。

5.根據權利要求4所述基于計算機視覺的射擊工況下火炮身管振動測量方法，其特征在于，所述單一尺度圖像光流計算的過程如下：

圖像的相位可以描述圖像輪廓與運動信息的關系，在t時刻，坐標在(x,y)處的圖像相位值為定值，表示為如下形式：

φ_θ(x,y,t)＝c

式中：c表示常數；

選取水平和豎直兩個方向對圖像相位信息進行提取，當θ＝0和θ＝π/2時，滿足此時，像素在x和y方向上的光流分別為：

選取火炮上關鍵位置的像素作為虛擬特征點，通過求解上式，得到任意尺度下虛擬特征點的光流。

6.根據權利要求5所述基于計算機視覺的射擊工況下火炮身管振動測量方法，其特征在于，所述融合多個尺度上的光流信息，構建多尺度光流算法，對火炮身管的振動響應進行測量的過程如下：

引入光流估計值和殘差光流值作為像素點運動的度量，利用金字塔圖像之間的尺度關系，從圖像金字塔頂層即第m層開始對特征點的光流進行逐步融合。頂層光流估計值g^m為0，迭代計算至最底層即第0層，融合后圖像像素點的光流d可描述為：

式中，g⁰表示0層圖像光流估計值，d⁰表示0層圖像殘差光流值，L代表金字塔圖像的層數；

最終，通過虛擬特征點的光流信息計算火炮身管的振動Q，即：

式中，N為視頻圖像的總幀數，d為火炮身管的光流信息，Q(t)為火炮身管的振動信息。