一种火箭橇图像测速方法
专利汇可以提供一种火箭橇图像测速方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种火箭橇图像测速方法，采用高速相机连续拍摄橇体的运行过程，在试验完成后通过对高速相机相对轨道的 俯仰 和方位信息修正、橇体特征点提取、运行速度计算，完成对橇体运行速度的测量。该方法具有测速 精度 高、思路简单明了，编程容易实现的优点，提高了火箭橇试验中关键 位置 的速度测量精度。，下面是一种火箭橇图像测速方法专利的具体信息内容。
1.一种火箭橇图像测速方法，其特征在于步骤如下：
(1)在火箭橇试验中，在多级发动机点火分离处的轨道旁架设高速相机，设置相机的拍摄频率f、原始照片中纵向边长的像素个数M0和横向边长的像素个数N0；测量相机相对轨道的地理信息和轨道上相邻扣件之间的距离L；M0、N0均为正整数，f、L为正实数；
(2)在火箭橇试验多级发动机点火分离的过程中，通过高速相机连续拍摄K幅照片，K为正整数；在每幅照片中由两维像素点附加颜色的方式构成，像素点在照片中的位置信息为原始照片像素点坐标系的坐标值；
(3)在每一幅照片中，将原始照片像素点坐标系中的坐标点(m,n)转换到原始照片中心点坐标系中的点(x,y)，其转换公式如下：
经转换后，用(x,y,rx,y,gx,y,bx,y)描述原始照片中该像素点的位置和颜色信息；
所述原始照片中心点坐标系以照片中心为原点、ox轴水平向右的右手坐标系oxy；
(4)根据在多级发动机点火前的第一幅照片中轨道畸变信息修正照片，使得照片中每个像素所对应的空间距离相等；
(5)根据步骤(4)中得到的修正后无畸变的照片，提取每一幅照片中火箭橇橇体的第一特征点在修正后照片像素点坐标系om’n’中的位置(Is,Js)和该第一特征点在此位置的像素值 s代表照片幅数；
(6)根据步骤(5)得到的第一特征点水平方向像素值Js，以及步骤(1)中的参数，求取火箭橇橇体的速度序列；
(7)根据步骤(4)中得到的修正后无畸变的照片，提取每一幅照片中火箭撬橇体的其它特征点，重复步骤(5)和(6)，得到每个特征点对应的火箭橇橇体的速度序列，之后与第一特征点对应的速度序列进行融合，从而得到火箭橇橇体运行的全过程速度序列。
2.根据权利要求1所述的一种火箭橇图像测速方法，其特征在于：原始照片像素点坐标系omn的原点在照片左上角，om轴朝下，on轴朝右；像素点的颜色值由红色、绿色和蓝色不同比值构成，用五维数组(m,n,rm,n,gm,n,bm,n)表示，其中，(m,n)描述了该像素点在照片中的位置，m的取值范围为从1至M0的正整数，n的取值范围为从1至N0的正整数；(rm,n,gm,n,bm,n)描述了原始照片中该像素点的颜色信息，红色rm,n、绿色gm,n、蓝色bm,n的取值范围从0至255。
3.根据权利要求1所述的一种火箭橇图像测速方法，其特征在于：所述步骤(4)根据在多级发动机点火前的第一幅照片中轨道畸变信息修正照片，具体为：
(3.1)在修正处理前的照片中，从左到右依次提取每个扣件的坐标值并进行编号，设有h≥4个扣件，以坐标值(xp,yp)表示，其中p＝1,2,…,h；
(3.2)对照片中的扣件序列(xp,yp)，p＝1,2,…,h；采用直线模型yl＝klxl+bl，用最小二乘法计算系数kl和bl的值，具体计算公式如下：
其中，
(3.3)对照片中的扣件序列(xp,yp)，p＝1,2,…,h；计算相邻两个扣件的距离lq和中心位置坐标(x0,q,y0,q)，q＝1,2,…,h-1；具体计算公式为
(3.4)取直线轨道的二次畸变模型 采用最小二乘法计算系数α和β，具
体公式如下：
其中
(3.5)根据系数α、kl和bl的值，设置M1和N1，并修正原始照片，具体公式如下：
(rm',n',gm',n',bm',n')＝(rm,n,gm,n,bm,n)
其中,数组(rm,n,gm,n,bm,n)的下标m,n表示了原始照片像素点坐标系的坐标点位置；数组(rm',n',gm',n',bm',n')的下标m’,n’表示了修正后照片像素点坐标系的坐标点位置，矫正后照片像素点坐标系om’n’是原始照片矫正后，以照片左上角为原点，om’轴垂直向下，on’轴水平向右的坐标系；M1和N1分别为矫正后照片的纵向和横向像素个数，令m′和n′取值大于0；
(x’,y’)表示矫正后照片中心点坐标系ox’y’的坐标点，矫正后照片中心点坐标系ox’y’是原始照片矫正后，以照片中心为原点、ox’轴水平向右的右手坐标系；
(3.6)修正后的照片中，被拉伸的区域中存在没有被上色的点，在修正后照片像素点坐标系中对被拉伸区域进行修补，具体为：
其中，(rm″,n″,gm″,n″,bm″,n″)表示修正后照片中没有上色点的颜色信息，m″和n″表示在修正后照片像素点坐标系没有上色点的坐标位置，λ表示该像素点周围八个像素点中，红色、绿色、蓝色的先像素值之和大于0的个数。
4.根据权利要求1所述的一种火箭橇图像测速方法，其特征在于：
所述步骤(5)中提取每一幅照片中火箭橇橇体的第一特征点在修正后照片像素点坐标系om’n’中的位置(Is,Js)，和该第一特征点在此位置的像素值 具体为：
(4.1)从第一幅照片开始，等间隔选取Z幅照片，找到这些照片在修正后照片像素点坐标系om’n’的橇体特征点坐标(Is,Js)；同时提取橇体的第一特征点在此位置的像素值其中 代表坐标点(Is,Js)红色像素值， 代表坐标点(Is,Js)绿色像
素值， 代表坐标点(Is,Js)蓝色像素值，s代表图片幅数；
找到这些等间隔照片的第一特征点，读取这些第一特征点的五维数组
根据以上五维数组所在的范围确定橇体第一特征点颜色
红色、绿色和蓝色的域值范围分别为(a1,a4),(a2,a5),(a3,a6)，以及撬
体特征点坐标(Is,Js)所在的范围Imin≤Is≤Imax,Jmin≤Js≤Jmax；a1、a2、a3、a4、a5、a6均为正整数；
(4.2)从第一幅照片开始，读取每一副照片信息，依据Imin≤Is≤Imax,Jmin≤Js≤Jmax范围内坐标点(Is,Js)的颜色数据 确定特征点的位置；若 同
时满足 和 并且Js的值为最大时，则提取(Is,Js)，
并且 记录 幅数 s ；若 不能 满足 或
中任意一个，则取Js＝Js-1。
5.根据权利要求1所述的一种火箭橇图像测速方法，其特征在于：所述步骤(6)根据水平方向像素值Js，以及步骤(1)中的参数，求取火箭橇橇体的速度序列，具体步骤为：
(5.1)给定x1(0)和x2(0)的初始值0；
(5.2)根据照片中特征点位置的变化计算第s副照片中瞬时速度vs，1≤s≤K–1，具体公式为：
vs＝kfc(Js+1-Js)
式中c为单个像素点对应的长度，f为相机拍摄的频率，Js+1和Js分别表示第s+1张照片和第s张照片中撬体特征点的水平方向坐标，k为比例系数k表示单个像素点对应于实际空间中的距离与其成像元器件上实际长度的比值，vs为瞬时速度；
(5.3)将所有照片的特征点的瞬时速度vs按照时间顺序依次排列形成瞬时速度序列，对瞬时速度序列进行平滑处理后得到橇体的速度序列 其中，速度 的计算
公式为
其中，b0、A1、A2、B1、B2为离散化二阶低通滤波器的参数，x1(0)和x2(0)为离散化二阶低通滤波器的两个初始参数。
6.根据权利要求1所述的一种火箭橇图像测速方法，其特征在于：所述步骤(7)得到每个特征点对应的火箭橇橇体的速度序列，之后与第一特征点对应的速度序列进行融合，具体为：
(6.1)根据第一幅照片确定其他特征点和第一特征点位置关系，即其他特征点水平方τ
向像素值Js和第一特征点的水平方向像素值Js之间关系：
Jsτ＝Js+ωτ
其中ωτ是其他特征点和第一特征点水平方向像素值的差值，τ＝2，3，4…,Jsτ表示第τ特征点水平方向像素值；
(6.2)重复步骤(5)得到其他特征点的速度序列，将所述其他特征点速度序列和第一特征点速度序列按时间先后顺序排列，若同一时刻存在多个速度，取这些同一时刻速度的算数平均值，由此完成融合，得到火箭橇橇体运行的全过程速度序列。
一种火箭橇图像测速方法
技术领域
背景技术
发明内容
红色、绿色和蓝色的域值范围分别为(a1,a4),(a2,a5),(a3,a6)，以及撬
体特征点坐标(Is,Js)所在的范围Imin≤Is≤Imax,Jmin≤Js≤Jmax；a1、a2、a3、a4、a5、a6均为正整数；
大时 ，则提 取(I s ,J s) ，并且 记录幅 数s ；若 不 能满 足
或 中任意一个，则取Js＝Js-1。
具体实施方式
坐标(Is,Js)所在的范围Imin≤Is≤Imax,Jmin≤Js≤Jmax。
并且记录幅数s；若 不能满足
任意一个，则取Js＝Js-1。如图8为特征点I在各幅照片中的像素点位置，其中像素点位置是以矫正后照片像素点坐标系中的坐标取出，曲线中有不平滑的部分主要由于环境噪声和光线影响，取Js＝Js-1，但是并不影响曲线总体趋势和精度；如图11为经融合后，橇体特征点在各幅照片中的像素点位置，其中像素点位置是以矫正后照片像素点坐标系中的坐标取出，特征点II通过平移后，将所述特征点II像素点位置和特征点I像素点位置按时间先后顺序排列，若同一时刻存在多个像素点位置，取这些同一时刻像素点位置的算数平均值。
如图11为经融合后，橇体特征点在各幅照片中的像素点位置，其中像素点位置是以矫正后照片像素点坐标系中的坐标取出，特征点II通过平移后，将所述特征点II像素点位置和特征点I像素点位置按时间先后顺序排列，若同一时刻存在多个像素点位置，取这些同一时刻像素点位置的算数平均值；图12为对速度噪声的频谱分析结果，可以看出，噪声主要频段为大于10Hz的高频段；因此，采用二阶低通滤波器对速度进行滤波以消除高频噪声，图13为橇体运行速度的计算值和平滑值，可以看出计算值有等幅的波动，保持稳定趋势，同时平滑值清晰地表明火箭橇的运动速度变化趋势，至此完成火箭橇图像测速全过程。
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