CN105891535A - 一种用于返回式航天器的分离速度测量方法 - Google Patents
一种用于返回式航天器的分离速度测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105891535A CN105891535A CN201510036002.0A CN201510036002A CN105891535A CN 105891535 A CN105891535 A CN 105891535A CN 201510036002 A CN201510036002 A CN 201510036002A CN 105891535 A CN105891535 A CN 105891535A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- recoverable
- camera
- spacecraft
- image
- recoverable spacecraft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
Abstract
本发明提出的一种用于返回式航天器的分离速度测量方法,利用单目监视相机连续成像拍摄返回式航天器与服务舱分离的图像序列,将图像序列按照从分离前至完成分离的时间先后顺序进行人工排序并进行畸变校正,通过对图像进行色彩分割、物体边缘检测、获取边缘,得到分离速度。该测量方法利用重量较轻的监视相机,实现了一种较为简便的返回式航天器在轨分离速度测量。
Description
技术领域
本发明涉及返回式航天器在分离时刻的分离速度测量方法,具体为利用经过标定的单目监视相机,实现在分离时刻的相对速度测量。
背景技术
传统航天器分离速度测量主要依赖于雷达测量或者激光测距仪。在地面使用雷达进行相对速度测量时,在航天器中安装激光测距仪进行连续距离测量时能够获得较高的精度,但激光测距仪设备复杂、占用资源多、费效比低。
发明内容
本发明的技术解决问题是利用单目监视相机,在深空背景环境中对返回式航天器(以下简称为“返回器”)分离过程进行拍摄,得到精确的相对分离速度。
本发明提出的一种用于返回式航天器(返回器)的分离速度测量方法,包括以下步骤:
1)利用单目监视相机连续成像拍摄返回式航天器与服务舱分离的图像序列;
2)图像序列按照从分离前至完成分离的时间先后顺序进行排序并通过单目监视相机畸变标定的参数校正图像畸变;
3)对图像进行色彩分割,将返回式航天器与深空背景分离;
4)通过canny算子对步骤3)获得的图像进行边缘检测,用于获得返回式航天器边缘,以便计算返回式航天器长轴在像面的长度;
5)根据所提取的返回式航天器的边缘进行霍夫变换获得返回式航天器底面椭圆形结构的长轴长度;
6)根据步骤5)获得的椭圆的长轴长度,通过小孔模型计算出每张图像对应的返回式航天器与相机的距离;
7)根据步骤2)所得到图像序列以及步骤6)获得的每张图像对应的返回式航天器与相机的距离,通过最小二乘法拟合,得到分离速度。
本发明提出的测量方法利用重量较轻的监视相机,实现了一种较为简便的返回式航天器在轨分离速度测量。
附图说明
图1是返回器分离过程图像;图1(a)-(v)为分离过程图像手动排序的序列图;
图2是返回器与深空背景颜色分割图;
图3是返回器底面椭圆形边缘提取示意图;
图4是通过霍夫变换获得返回器底面椭圆形结构图;
图5是返回器分离速度拟合结果。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
对于安装在服务舱上的拍摄返回式航天器(返回器)图像所用的单目监视相机的要求如下:
(1)单目监视相机分辨率至少需要达到640*480像素。
(2)单目监视相机安装要求在分离过程中,至少有2帧图像能够完整覆盖返回器。相机的光轴指向需要指向分离场景的中心处。为了实现完整覆盖,相机视场角需要满足以下算式:
2arctan(D/2/(L0+vsnt))<θ<2arctan(D/2/(L0+vs(n+1)t)) (0.1)
其中θ为所需要的相机视场角,D为分离场景的最大包络直径,L0为未分离时刻分离场景中心与相机的距离,vs为分离速度,t为连续拍摄间隔时间,n为第n帧拍摄到的分离图像。满足式(0.1)即满足了在分离过程中2帧图像能够完整覆盖返回器。
(3)单目监视相机需要经过畸变标定,通过畸变标定确定参数,以用来校正返回器图像的畸变。畸变的数学模型如式所示:
δx=k1x(x2+y2)+(p1(3x2+y2)+2p2xy)+s1(x2+y2)
δy=k2x(x2+y2)+(p2(3x2+y2)+2p1xy)+s2(x2+y2) (0.2)
其中δx为x方向的畸变,δy为y方向的畸变,k1,k2,p1,p2,s1,s2为测得的畸变参数。通过畸变校正的图像符合相机成像小孔模型,该模型在本算法中用于求解返回器与相机的距离。
返回器实体应该满足以下要求:
1.返回器底部为正圆形。
2.返回器底部在正常曝光拍摄时,获取的图像与深空背景有明确的区分,即获得的返回器底部图像与深空背景的DN值差异大于40。
拍摄时需保证曝光时间使返回器的最大外轮廓可以在图像中提取。
对返回式航天器分离速度进行测量的主要步骤如下:
第一步,利用单目监视相机连续成像拍摄返回器与服务舱分离的图像序列,如图1所示,该序列经过手动排序。
第二步,图像序列按照从分离前至完成分离的时间先后顺序进行排序并进行畸变校正,以使畸变校正的图像符合相机成像小孔模型。
第三步,对图像进行色彩分割,将返回器与深空背景分离,色彩分割采用的算法如式(0.3)所示:
T为分割阈值,根据在轨拍摄情况选择合适的分割值,该值计算方法如所示:
T=(Aspace+Aprobe)/2 (0.4)
其中Aspace为深空背景的平均DN值,Aprobe为返回器的平均DN值。
以某返回航天器为例,对图像进行色彩分割,阈值取128,分割结果如图2所示
其中I(x,y)是(x,y)点处色彩分割后结果图像,i(x,y)是(x,y)点处的原始图像。如果是彩色图像,则i(x,y)的计算方法如式(0.5)所示:
i(x,y)=(R(x,y)+G(x,y)+B(x,y))/3 (0.5)
R表示红色通道DN值,G表示绿色通道DN值,B表示蓝色通道DN值。
第四步,物体边缘检测:通过canny算子(Canny算子边缘检测是一组标准方法)对上一步的结果图像进行边缘检测,用于获得返回器边缘,边缘提取如图3所示,以便计算返回器直径(长轴)在像面的长度。
第五步,根据所提取边缘返回器的边缘进行霍夫变换(霍夫变换是一组标准方法)获椭圆信息,即获取返回器底面椭圆形结构的长轴长度,如图4所示。
第六步,根据步骤五获得的椭圆的长轴长度,通过小孔模型计算出每张图像对应的返回器与相机的距离,如式所示:
r=Dphyf/Nd (0.6)
分离监视相机焦距为f,像元尺寸为d,返回器底面圆盘直径为N个像素,d为像元尺寸,Dphy为返回器底面圆盘的物理尺寸,r即为返回器与相机的距离。
第七步,根据步骤二所得到图像序列及步骤六获得的每张图像对应的返回器与相机的距离,通过最小二乘法拟合,得到分离速度,如图5所示。
设连续成像时图像拍摄时刻为t=(t1,t2…tn),对应的每张图像所获得返回器与相机的距离为r=(r1,r2…rn),则分离速度v如式(0.7)所示:
本发明中未说明部分属于本领域的公知技术。
Claims (5)
1.一种用于返回式航天器的分离速度测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)利用单目监视相机连续成像拍摄返回式航天器与服务舱分离的图像序列;
2)图像序列按照从分离前至完成分离的时间先后顺序进行排序并通过单目监视相机畸变标定的参数校正图像畸变;
3)对图像进行色彩分割,将返回式航天器与深空背景分离;
4)通过canny算子对步骤3)获得的图像进行边缘检测,用于获得返回式航天器边缘,以便计算返回式航天器长轴在像面的长度;
5)根据所提取的返回式航天器的边缘进行霍夫变换获得返回式航天器底面椭圆形结构的长轴长度;
6)根据步骤5)获得的椭圆的长轴长度,通过小孔模型计算出每张图像对应的返回式航天器与相机的距离;
7)根据步骤2)所得到图像序列以及步骤6)获得的每张图像对应的返回式航天器与相机的距离,通过最小二乘法拟合,得到分离速度。
2.根据权利要求1所述的一种用于返回式航天器的分离速度测量方法,其特征在于,步骤3)所述的色彩分割的方法如下:
T为分割阈值,根据在轨拍摄情况选择合适的分割值,该值计算方法:
T=(Aspace+Aprobe)/2 (2),
其中Aspace为深空背景的平均DN值,Aprobe为返回式航天器的平均DN值,
其中I(x,y)是(x,y)点处色彩分割后结果图像,i(x,y)是(x,y)点处的原始图像;如果是彩色图像,则i(x,y)的计算方法:
i(x,y)=(R(x,y)+G(x,y)+B(x,y))/3 (3),
其中R表示红色通道DN值,G表示绿色通道DN值,B表示蓝色通道DN值;
步骤6)中当返回式航天器底面圆盘直径为N个像素时,所述的返回式航天器距离相机光心的距离:
r=Dphyf/Nd (4)
其中r为返回式航天器底面距离相机光心的距离,d为像元尺寸,Dphy为返回式航天器底面圆盘的物理尺寸,f分离监视相机焦距为;
步骤7)中,当连续成像时图像拍摄时刻为t=(t1,t2…tn),对应的每张图像所获得返回式航天器与相机的距离为r=(r1,r2…rn),则分离速度v:
3.根据权利要求1或2任一权利要求所述的一种用于返回式航天器的分离速度测量方法,其特征在于,所述的单目监视相机满足以下要求:
单目监视相机分辨率至少需要达到640*480像素;
单目监视相机安装要求在分离过程中,至少有2帧图像能够完整覆盖返回式航天器;
单目监视相机经过畸变标定,确定用以校正图像畸变的相关参数。
4.根据权利要求3所述的一种用于返回式航天器的分离速度测量方法,其特征在于,相机视场角满足以下要求,以实现至少有2帧图像能够完整覆盖返回式航天器:
2arctan(D/2/(L0+vsnt))<θ<2arctan(D/2/(L0+vs(n+1)t)) (6),
其中θ为所需要的相机视场角,D为分离场景的最大包络直径,L0为未分离时刻分离场景中心与相机的距离,vs为分离速度,t为连续拍摄间隔时间,n为第n帧拍摄到的分离图像;
所述的单目相机畸变方法为:
δx=k1x(x2+y2)+(p1(3x2+y2)+2p2xy)+s1(x2+y2)
δy=k2x(x2+y2)+(p2(3x2+y2)+2p1xy)+s2(x2+y2) (7),
其中δx为x方向的畸变,δy为y方向的畸变,k1,k2,p1,p2,s1,s2为测得的畸变参数。
5.根据权利要求1或2任一权利要求所述的一种用于返回式航天器的分离速度测量方法,其特征在于,获得的返回式航天器底部图像与深空背景的DN值差异大于40。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510036002.0A CN105891535A (zh) | 2015-01-23 | 2015-01-23 | 一种用于返回式航天器的分离速度测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510036002.0A CN105891535A (zh) | 2015-01-23 | 2015-01-23 | 一种用于返回式航天器的分离速度测量方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105891535A true CN105891535A (zh) | 2016-08-24 |
Family
ID=56999133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510036002.0A Pending CN105891535A (zh) | 2015-01-23 | 2015-01-23 | 一种用于返回式航天器的分离速度测量方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105891535A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106501640A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-03-15 | 北京空间技术研制试验中心 | 可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法 |
CN111598937A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-28 | 浙江大学 | 一种基于标定区块对靶校正的农田测亩方法及系统 |
CN115100413A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-23 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 航天器分离体相对位置和速度测量方法、系统及存储介质 |
CN115372651A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-11-22 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5963166A (en) * | 1998-07-23 | 1999-10-05 | Space Systems/Loral, Inc. | Precise spacecraft camera image navigation and registration |
CN104061861A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-09-24 | 清华大学 | 一种基于阵列影像的内卫星相对状态测量系统及其方法 |
-
2015
- 2015-01-23 CN CN201510036002.0A patent/CN105891535A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5963166A (en) * | 1998-07-23 | 1999-10-05 | Space Systems/Loral, Inc. | Precise spacecraft camera image navigation and registration |
CN104061861A (zh) * | 2014-07-08 | 2014-09-24 | 清华大学 | 一种基于阵列影像的内卫星相对状态测量系统及其方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ANASTASIOS I. MOURIKIS 等: "Vision-Aided Inertial Navigation for Spacecraft Entry, Descent, and Landing", 《IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS》 * |
崔彦平: "运动目标姿态与速度测量的理论及实验研究", 《中国博士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
胡星志: "小卫星星箭分离系统设计、分析与优化研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106501640A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-03-15 | 北京空间技术研制试验中心 | 可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法 |
CN106501640B (zh) * | 2016-10-18 | 2019-05-10 | 北京空间技术研制试验中心 | 可重复使用航天器返回后电性能综合测试方法 |
CN111598937A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-28 | 浙江大学 | 一种基于标定区块对靶校正的农田测亩方法及系统 |
CN115372651A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-11-22 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法 |
CN115372651B (zh) * | 2022-08-22 | 2024-03-29 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种通过信号中断方式测量物体分离速度的方法 |
CN115100413A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-09-23 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 航天器分离体相对位置和速度测量方法、系统及存储介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105279372B (zh) | 一种确定建筑物高度的方法和装置 | |
Kopsiaftis et al. | Vehicle detection and traffic density monitoring from very high resolution satellite video data | |
WO2017080102A1 (zh) | 飞行装置、飞行控制系统及方法 | |
CN102706319B (zh) | 一种基于图像拍摄的距离标定和测量方法及系统 | |
CN103969466B (zh) | 一种实现车辆测速的方法及相应的终端 | |
CN107316488B (zh) | 信号灯的识别方法、装置和系统 | |
CN105891535A (zh) | 一种用于返回式航天器的分离速度测量方法 | |
CN106657983B (zh) | 全景摄像机的参数测试方法和装置 | |
CN109883391B (zh) | 基于微透镜阵列数字成像的单目测距方法 | |
CN104535126B (zh) | 一种河道枯季流量测量系统和方法 | |
JP6291624B1 (ja) | 移動体検出装置及び移動体検出プログラム | |
US10372986B2 (en) | Method and device for detecting an overhead cable from an aerial vessel | |
CN105023279B (zh) | 一种基于运动信息的视频图像空间运动目标检测方法 | |
CN108416091A (zh) | 一种简易的相机地面分辨率与无人机飞行高度关系的测量方法 | |
CN109765747B (zh) | 一种航空图像检焦方法、检焦系统及相机 | |
Savoy et al. | Geo-referencing and stereo calibration of ground-based whole sky imagers using the sun trajectory | |
CN103870847A (zh) | 一种低照度环境下对地监控的运动目标检测方法 | |
CN108604371A (zh) | 成像系统和方法 | |
CN110430400B (zh) | 一种双目可运动摄像机的地平面区域检测方法 | |
US20220210347A1 (en) | Method for creating hyperspectral high speed camera image using generative adversarial network algorithm | |
CN109782012A (zh) | 一种基于光电图像特征关联的测速方法 | |
WO2017195858A1 (ja) | マルチラインイメージセンサ装置、撮影装置、移動体検出装置、及び移動体検出プログラム | |
CN114693528A (zh) | 无人机低空遥感图像拼接质量评估与降冗方法及系统 | |
RU2552123C2 (ru) | Способ селекции объектов на удалённом фоне | |
CN109613923A (zh) | 一种无人直升机的着舰控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160824 |
|
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |