CN115661209B - 基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法及系统。所述方法包括：将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场构成事件相机系统；对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数；根据爆炸威力场的实际拍摄条件对事件相机中的特殊参数进行设置，利用设置后的事件相机系统对动、静爆威力场进行观测，根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，利用单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元进行测量。采用本方法能够降低成本，提高动态范围和测量准确性，能够满足野外大视场长时间测量需求。

Description

基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法及系统

技术领域

本申请涉及毁伤元测量技术领域，特别是涉及一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法、系统和计算机设备。

背景技术

随着常规弹体爆炸威力的增大，爆炸打击对目标造成的毁伤更加严重，然而，目前面向爆炸威力场毁伤元的位置及运动参数测量方法，主要有接触靶法、非接触靶法、声测法、测速雷达法、光学成像法。其中接触靶法通过利用矩形靶和L型靶等进行数据回收，从而获取毁伤元的空间分布特性；非接触靶法避免与毁伤元直接接触，通过光电靶等获取毁伤元的运动参数；声测法利用声波反射对毁伤元进行空间位置以及运动参数的测量；测速雷达法利用微波雷达对毁伤元进行测量；光学成像法利用高速摄像机，远距离对战斗部爆炸瞬间进行拍摄，利用图像拼接关联、视觉检测及多目标跟踪、三维重建等技术对毁伤元进行测量。

上述诸多方法具有各自的优缺点。接触靶法试验成本低，但数据回收的工作量极大，且由于影响毁伤元运动从而无法观测毁伤元连续的运动参数，仅能获得毁伤元的空间分布；非接触靶法避免与毁伤元接触，测速精度较高，但不易防护以及获取毁伤元的运动参数数据点较少；声测法由于声速不高，因此测速定位精度较低，且无法测量毁伤元形状，但成本低；测速雷达成本较高，信噪比低，可测毁伤元尺寸要求较大，但易于防护；光学成像法具有较高的分辨率，能够同时对多种尺寸的毁伤元进行摄像测量，但数据的处理具有较大难度，且对于高速运动的毁伤元以及爆点火光的高动态场景，数据采集具有较大挑战。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低成本，提高动态范围和测量准确性，能够满足野外大视场长时间测量需求的基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法、系统、计算机设备和存储介质。

一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法，所述方法包括：

将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统；

根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数；

根据爆炸威力场的实际拍摄条件对事件相机中的特殊参数进行设置，得到设置后的事件相机系统；特殊参数包括事件触发阈值、带宽阈值和死区时间；

利用设置后的事件相机系统对爆炸威力场进行观测，得到爆炸过程中产生的事件数据；

根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，利用事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果。

在其中一个实施例中，根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数，包括：

根据点线同名特征的标定方法提取事件相机拍摄的多幅图像中的多个同名特征并进行匹配，利用匹配后的特征和相机之间的几何约束关系建立事件相机的内外参数方程；

对内外参数方程进行求解或拟合，得到事件相机的内外参数。

在其中一个实施例中，根据事件相机获取的场景物上的结构点，根据场景物的已知结构信息表征结构点并利用二维图像坐标到三维世界坐标的对应关系建立事件相机的内外参数方程；

对内外参数方程进行求解或拟合，得到事件相机的内外参数。

在其中一个实施例中，根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，包括：

若所述毁伤元为破片毁伤元，则根据破片飞行速度连续性预测下一时刻破片的二维位置，得到预测值；所述破片飞行速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的破片位置初值；

对下一时刻破片的二维位置的邻域中所有事件进行检索，根据检索结果利用质心漂移方法更新预测值，利用更新后的预测值修正破片飞行速度，根据修正后的破片飞行速度预测当前时刻的下一时刻的破片的二维位置，直至得到整个序列事件中破片的二维坐标；整个序列事件中破片的二维坐标为破片毁伤元特征。

在其中一个实施例中，若毁伤元为冲击波毁伤元，利用冲击波空间理想形态为半球的约束，在图像平面构建椭圆方程描述冲击波；

根据人工选取的方式从事件数据中获取初时刻冲击波上的点集以及冲击波初速度预测值和搜索半径值，从点集中任意选四个点构建平面椭圆方程；对平面椭圆方程进行求解拟合，得到初时刻冲击波椭圆参数，在初时刻冲击波椭圆参数中引入冲击波传播速度连续性以及空间域约束，估计下一时刻的冲击波参数初值，并根据冲击波参数初值以及搜索半径值筛选出冲击波附近的事件流内点后，以所有内点到当前椭圆参数描述的椭圆距离之和并加权作为能量函数，对能量函数中的椭圆参数进行非线性优化，得到当前时刻最终冲击波毁伤元参数特征并修正当前冲击波传播速度，根据当前冲击波传播速度、冲击波传播速度连续性以及空间域约束预测当前时刻的下一时刻的冲击波参数初值，直至获得每一时刻的冲击波椭圆参数值；冲击波传播速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的冲击波参数初值；空间域约束为冲击波只会由内向外传播，若时间戳t2>t1，则冲击波拟合椭圆长轴参数a2>a1，冲击波拟合椭圆短轴参数b2>b1。

在其中一个实施例中，根据事件每一时刻在二维图像上的分布直方图规律，直接提取冲击波上关键点的二维坐标，根据冲击波上关键点的二维坐标求解每一时刻的椭圆参数，从而获得所有时刻冲击波毁伤元参数特征；分布直方图规律为事件密度、事件数量和事件二维坐标。

在其中一个实施例中，利用事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果，包括：

若事件数据为单目事件数据，对于静爆威力场，则利用空间坐标测量设备获取爆炸威力场中的爆心、相机光心、标志物的三维位置信息；根据爆心、相机光心、标志物的三维位置信息计算距离信息；对于动爆威力场，则利用已知的弹药尺寸作为条件估计动爆爆心景深，根据动爆爆心景深获得距离信息；爆心、相机光心、标志物的三维位置信息和已知的弹药尺寸为先验知识；

根据距离信息、事件相机内外参数和毁伤元特征构建缩放比例及空间几何约束的方程，对方程求解获得毁伤元的运动参数测量结果；单目事件数据为单目相机拍摄的事件数据；

若事件数据为多目事件数据，对于静爆威力场或动爆威力场，对所有相机的事件数据按相同建帧时长累积事件帧，对于其中任意两台事件相机，将一台事件相机爆炸后第n帧视图及附近事件帧作为另一台事件相机爆炸后第n帧视图的匹配事件候选集；或者根据事件数据的时间戳直接划选匹配空间获得匹配候选集；或者根据时统终端直接同步事件数据获得匹配候选集；事件数据具有异步性；

利用对极几何约束和事件极性约束从匹配候选集中获取多个视图的毁伤元匹配的二维像素点坐标，利用二维像素点坐标和事件相机内外参数，根据线线交会原理确定毁伤元在空间中的三维位置坐标；

利用事件时间戳信息和三维位置坐标变化信息，得到毁伤元的运动参数测量结果。

在其中一个实施例中，若事件数据为多目事件数据，利用除当前事件相机外的事件相机获取约束事件数据，从约束事件数据中提取约束毁伤元特征；

根据约束毁伤元特征对当前事件相机的单目先验知识测量结果添加约束域，得到毁伤元的运动参数测量结果。

在其中一个实施例中，对极几何约束为

，其中，

和

分别为毁伤元在 两幅视图中的二维坐标，

为基本矩阵；事件极性约束为利用事件极性一致性作为约束。

一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量系统，所述系统包括：

事件相机系统构建模块，用于将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统；

事件相机系统标定模块，用于根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数；

特殊参数设置模块，用于根据爆炸威力场的实际拍摄条件对事件相机中的特殊参数进行设置，得到设置后的事件相机系统；特殊参数包括对比度阈值、带宽阈值和死区时间；

毁伤元观测采集模块，用于利用设置后的事件相机系统对爆炸威力场进行观测，得到爆炸过程中产生的事件数据；

毁伤元测量模块，用于根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，利用事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统；

根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数；

根据爆炸威力场的实际拍摄条件对事件相机中的特殊参数进行设置，得到设置后的事件相机系统；特殊参数包括对比度阈值、带宽阈值和死区时间；

利用设置后的事件相机系统对爆炸威力场进行观测，得到爆炸过程中产生的事件数据；

根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，利用事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果。

上述基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法、系统和计算机设备，本申请通过选用事件相机，对战斗部爆炸威力场构建毁伤元摄像测量系统。并根据实际场景条件，采用不同的事件相机标定方法，标定事件相机的内外参数。接着对战斗部爆炸威力场进行数据采集，从事件数据中提取破片、冲击波等毁伤元。最后利用图像测量的相关理论几何原理，对获取的战斗部爆炸威力场毁伤元的数据进行解算，测量出毁伤元的三维空间位置、速度等运动参数。将事件相机应用于战斗部动、静爆威力场的毁伤元观测，充分利用事件相机高动态范围的特性，解决传统相机过曝的问题，对爆心强火光背景仍具有可观测性；充分利用事件相机低延迟、无运动模糊的特性，对高速运动的毁伤元进行清晰数据的获取；充分利用事件相机低功耗的特性，适用于野外长时间作业。本申请提出的方法适用于事件相机的各场景标定、适用于对战斗部爆炸威力场多毁伤元提取、空间位置及速度等运动参数测量，解决了传统光学测量方法对战斗部爆炸威力场的观测难题，并具有显著的低成本优势，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为一个实施例中一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法的流程示意图；

图2为一个实施例中事件相机系统的示意图；

图3为一个实施例中两种事件相机标定方法流程示意图；

图4为另一个实施例中线线交会原理示意图；

图5为一个实施例中运动参数测量原理示意图；

图6为一个实施例中冲击波毁伤元提取解算流程示意图；

图7为一个实施例中一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量系统的结构框图；

图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法，包括以下步骤：

步骤102，将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统。

如图2所示，将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统，事件相机系统作为爆炸威力场的毁伤元摄像测量系统，用于对战斗部爆炸威力场进行数据采集，从事件数据中提取破片、冲击波等毁伤元。本发明事件相机的爆炸威力场毁伤元摄像测量系统，可搭配多种型号事件相机使用，使得能够以较低成本观测到破片冲击波等传统手段难以观测到的毁伤元。

步骤104，根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数。

本申请的核心是爆炸威力场事件数据测量方法，该方法可分为事件相机内外参数标定、毁伤元提取匹配、测量解算三大流程。其中事件相机内外参数标定部分根据实际应用爆炸威力场背景及测量距离等需求，可分为近距离小视场测量和野外大视场测量，根据不同的实际测量背景，可利用包括但不限于点线同名特征、已知结构信息等约束，构建事件相机的内外参数方程，从而标定出事件相机的内外参数。其中利用点线同名特征的标定方法，通过提取多幅图像中的包括但不限于同名点、同名线等特征并进行匹配后，利用相机之间的几何约束关系，建立事件相机的内外参数方程，并使用求解或拟合方法获得事件相机的内外参数。利用场景物已知结构信息约束的标定方法，通过利用场景物上的结构点，并结合其已知结构信息表征其结构点，利用二维图像坐标到三维世界坐标的对应关系，从而建立相机内外参数方程，并使用求解或拟合的方法获得相机参数。二者主要流程如图3所示，通过对事件相机进行标定，使得后续可利用事件相机内外参数信息构建几何方程，实现毁伤元运动参数的测量。上述事件相机系统的标定方法，能够解决野外试验中大视场事件相机测量系统的内外参数标定问题。

步骤106，根据爆炸威力场的实际拍摄条件对事件相机中的特殊参数进行设置，得到设置后的事件相机系统；特殊参数包括对比度阈值、带宽阈值和死区时间。

在获得摄像测量系统事件相机的内外参数后，根据实际拍摄条件对事件相机的对比度阈值、带宽阈值、死区时间等特殊参数进行设置，使在该条件下观测毁伤元信噪比达到最优，进而提高数据采集的准确性。

步骤108，利用设置后的事件相机系统对爆炸威力场进行观测，得到爆炸过程中产生的事件数据。

利用设置后的事件相机系统中的多个事件相机对爆炸威力场毁伤元进行观测，采集爆炸过程中毁伤元产生的事件数据。

步骤110，根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，利用事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果。

在获得的事件数据基础上，接着对毁伤元进行提取。利用毁伤元运动轨迹的连续性、毁伤元形态特征等约束，设计具体的提取算法。

以破片毁伤元为例，可根据破片飞行速度连续性预测下一时刻破片的二维位置，得到预测值；破片飞行速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的破片位置初值；对下一时刻的破片二维位置的邻域中所有事件进行检索，根据检索结果利用质心漂移方法更新所述预测值，利用更新后的预测值修正破片飞行速度；重复以上步骤进行迭代计算，得到整个序列事件中破片的二维坐标；所述整个序列事件中破片的二维坐标为破片毁伤元特征。本申请的毁伤元提取算法，能够实现从原始事件数据中提取破片、冲击波二维像素坐标。

以冲击波毁伤元为例，可利用冲击波空间理想形态为半球的约束，在图像平面构建椭圆方程描述冲击波。可通过人工选取的方式从所述事件数据中获取初时刻冲击波上的点集以及冲击波初速度预测值和搜索半径值，从所述点集中任意选四个点构建平面椭圆方程；对所述平面椭圆方程进行求解拟合，得到初时刻冲击波椭圆参数，在所述初时刻冲击波椭圆参数中引入冲击波传播速度连续性以及空间域约束，估计下一时刻的冲击波参数初值，并根据冲击波参数初值以及搜索半径值筛选出冲击波附近的事件流内点后，以所有内点到当前椭圆参数描述的椭圆距离之和并加权作为能量函数，对所述能量函数中的椭圆参数进行非线性优化，得到当前时刻最终冲击波毁伤元参数特征；重复以上过程，迭代更新获得每一时刻的冲击波椭圆参数值；

也可直接根据事件某一时刻在二维图像上的分布直方图规律，直接提取冲击波上关键点的二维坐标，并直接求解每一时刻的椭圆参数，从而获得所有时刻冲击波毁伤元参数特征。

在提取到毁伤元特征后，分别采用不同方案实现单目、多目毁伤元测量。其中以单目毁伤元测量为例：对于静爆威力场，可通过全站仪或GPS等空间坐标测量设备获取爆炸威力场中的爆心、相机光心、标志物的三维位置信息，并计算出距离信息；对于动爆威力场，则利用弹药尺寸事先已知作为条件，估计动爆爆心景深，获得距离信息。并根据先验知识、事件相机内外参数和毁伤元特征构建缩放比例及空间几何约束的方程，对方程求解获得毁伤元的运动参数测量结果；如对于冲击波毁伤元，可通过以上信息恢复出冲击波在三维空间中的半径，并进一步计算其速度。

以多目毁伤元测量为例，对于静爆或动爆威力场，可利用战斗部爆炸过程时间特 征点（如爆炸瞬间）作为时间窗口约束的依据点，则以测量系统中任意两台事件相机为例， 若对事件数据按相同建帧时长累积事件帧，左视图爆炸后第n帧及附近事件帧将作为右视 图爆炸后第n帧的匹配事件候选集；也可通过事件数据时间戳直接划选匹配空间获得匹配 候选集；也可根据时统终端直接同步事件数据获得匹配候选集。进一步地，在其中一个视图 中提取到毁伤元特征，并在另一视图中的匹配候选集中，可利用但不限于公式

所 示的对极几何约束寻找匹配的毁伤元特征。其中

、

分别为毁伤元在两幅视图中的二维 坐标，

为基本矩阵，可由内外参数合成得到。

接着利用左右视图的毁伤元匹配的二维像素点坐标，以及依据双目事件相机的内外参数，可利用但不限于如图4所示线线交会原理确定毁伤元在空间中的三维位置坐标，进一步地，可联立同一毁伤元的多时刻事件数据，利用事件时间戳信息和三维位置坐标变化信息，实现对毁伤元的运动参数测量，如图5所示，假设P₁、P₂、P₃、P₄为分别间隔时长t交会出的毁伤元空间三维位置，则该毁伤元运动参数可由三维坐标变化量与时间变化量t求得。

上述基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法中，本申请通过选用事件相机，对战斗部爆炸威力场构建毁伤元摄像测量系统。并根据实际场景条件，采用不同的事件相机标定方法，标定事件相机的内外参数。接着对战斗部爆炸威力场进行数据采集，从事件数据中提取破片、冲击波等毁伤元。最后利用图像测量的相关理论几何原理，对获取的战斗部爆炸威力场毁伤元的数据进行解算，测量出毁伤元的三维空间位置、速度等运动参数。将事件相机应用于战斗部动、静爆威力场的毁伤元观测，充分利用事件相机高动态范围的特性，解决传统相机过曝的问题，对爆心强火光背景仍具有可观测性；充分利用事件相机低延迟、无运动模糊的特性，对高速运动的毁伤元进行清晰数据的获取；充分利用事件相机低功耗的特性，适用于野外长时间作业。本申请提出的方法适用于事件相机的各场景标定、适用于对战斗部爆炸威力场多毁伤元提取、空间位置及速度等运动参数测量，解决了传统光学测量方法对战斗部爆炸威力场的观测难题，并具有显著的低成本优势，具有广泛的应用前景。

在其中一个实施例中，根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数，包括：

根据点线同名特征的标定方法提取事件相机拍摄的多幅图像中的多个同名特征并进行匹配，利用匹配后的特征和相机之间的几何约束关系建立事件相机的内外参数方程；

对内外参数方程进行求解或拟合，得到事件相机的内外参数。

在具体实施例中，几何约束关系为多目相机之间的几何关系，如双目有基本矩阵

，三目有三焦张量。

在其中一个实施例中，根据事件相机获取的场景物上的结构点，根据场景物的已知结构信息表征结构点并利用二维图像坐标到三维世界坐标的对应关系建立事件相机的内外参数方程；

对内外参数方程进行求解或拟合，得到事件相机的内外参数。

在具体实施例中，根据场景物的已知结构信息表征结构点并利用二维图像坐标到三维世界坐标的对应关系建立相机内外参数方程的过程为现有技术，在本申请中不做过多的解释。

在其中一个实施例中，根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，包括：

若所述毁伤元为破片毁伤元，则根据破片飞行速度连续性预测下一时刻破片的二维位置，得到预测值；所述破片飞行速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的破片位置初值；

对下一时刻破片的二维位置的邻域中所有事件进行检索，根据检索结果利用质心漂移方法更新预测值，利用更新后的预测值修正破片飞行速度，根据修正后的破片飞行速度预测当前时刻的下一时刻的破片的二维位置，直至得到整个序列事件中破片的二维坐标；整个序列事件中破片的二维坐标为破片毁伤元特征。

在具体实施例中，提取结果为爆炸威力场的临近区域中所有事件的二维位置。

在其中一个实施例中，若毁伤元为冲击波毁伤元，利用冲击波空间理想形态为半球的约束，在图像平面构建椭圆方程描述冲击波；

根据人工选取的方式从事件数据中获取初时刻冲击波上的点集以及冲击波初速度预测值和搜索半径值，从点集中任意选四个点构建平面椭圆方程；对平面椭圆方程进行求解拟合，得到初时刻冲击波椭圆参数，在初时刻冲击波椭圆参数中引入冲击波传播速度连续性以及空间域约束，估计下一时刻的冲击波参数初值，并根据冲击波参数初值以及搜索半径值筛选出冲击波附近的事件流内点后，以所有内点到当前椭圆参数描述的椭圆距离之和并加权作为能量函数，对能量函数中的椭圆参数进行非线性优化，得到当前时刻最终冲击波毁伤元参数特征并修正当前冲击波传播速度，根据当前冲击波传播速度、冲击波传播速度连续性以及空间域约束预测当前时刻的下一时刻的冲击波参数初值，直至获得每一时刻的冲击波椭圆参数值；冲击波传播速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的冲击波参数初值；空间域约束为冲击波只会由内向外传播，若时间戳t2>t1，则冲击波拟合椭圆长轴参数a2>a1，冲击波拟合椭圆短轴参数b2>b1。

在具体实施例中，

判断内点公式为

其中u 为某一待判定点像素坐标，

，

分别为时刻k的椭圆参数下，左右焦点 的像素坐标，

为时刻k的椭圆长轴，

为搜索半径。

根据冲击波参数初值以及搜索半径值筛选出冲击波附近的事件流内点后以所有内点到当前椭圆参数描述的椭圆距离之和并加权作为能量函数为

其中，i表示内点序号，n表示内点总数，

表示第i个内点的权重。

在其中一个实施例中，根据事件每一时刻在二维图像上的分布直方图规律，直接提取冲击波上关键点的二维坐标，根据冲击波上关键点的二维坐标求解每一时刻的椭圆参数，从而获得所有时刻冲击波毁伤元参数特征；分布直方图规律为事件密度、事件数量和事件二维坐标。

在具体实施例中，若毁伤元为冲击波毁伤元，直接根据事件某一时刻在二维图像上的分布直方图规律，直接提取冲击波上关键点的二维坐标，并直接求解每一时刻的椭圆参数，从而获得所有时刻冲击波毁伤元参数特征。分布直方图规律为事件密度、事件数量、事件二维坐标。该过程为现有技术，在本申请中不做过多的赘述。

在其中一个实施例中，利用事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果，包括：

若事件数据为单目事件数据，对于静爆威力场，则利用空间坐标测量设备获取爆炸威力场中的爆心、相机光心、标志物的三维位置信息；根据爆心、相机光心、标志物的三维位置信息计算距离信息；对于动爆威力场，则利用已知的弹药尺寸作为条件估计动爆爆心景深，根据动爆爆心景深获得距离信息；爆心、相机光心、标志物的三维位置信息和已知的弹药尺寸为先验知识；

根据距离信息、事件相机内外参数和毁伤元特征构建缩放比例及空间几何约束的方程，对方程求解获得毁伤元的运动参数测量结果；单目事件数据为单目相机拍摄的事件数据；

若事件数据为多目事件数据，对于静爆威力场或动爆威力场，对所有相机的事件数据按相同建帧时长累积事件帧，对于其中任意两台事件相机，将一台事件相机爆炸后第n帧视图及附近事件帧作为另一台事件相机爆炸后第n帧视图的匹配事件候选集；或者根据事件数据的时间戳直接划选匹配空间获得匹配候选集；或者根据时统终端直接同步事件数据获得匹配候选集；事件数据具有异步性；

利用对极几何约束和事件极性约束从匹配候选集中获取多个视图的毁伤元匹配的二维像素点坐标，利用二维像素点坐标和事件相机内外参数，根据线线交会原理确定毁伤元在空间中的三维位置坐标；

利用事件时间戳信息和三维位置坐标变化信息，得到毁伤元的运动参数测量结果。

在其中一个实施例中，若事件数据为多目事件数据，利用除当前事件相机外的事件相机获取约束事件数据，从约束事件数据中提取约束毁伤元特征；

根据约束毁伤元特征对当前事件相机的单目先验知识测量结果添加约束域，得到毁伤元的运动参数测量结果。

在其中一个实施例中，对极几何约束为

，其中，

和

分别为毁伤元 在两幅视图中的二维坐标，

为基本矩阵；事件极性约束为利用事件极性一致性作为约束。

在具体实施例中，以冲击波毁伤元为例，可根据其不同视角中拟合获得的椭圆方程，并选择关键方向特征点直接进行匹配后，获得特征点的持续变化位置，进一步解算其运动参数。也可利用上文所述单目先验知识测量法，并利用其余多目事件相机获取的事件数据，提供更多几何信息加强约束，提高解算精度。整个提取解算流程如图6所示。

首先对动、静爆威力场冲击波毁伤元的原始事件数据，引入冲击波连续时间内，运动轨迹连续性、冲击波传播轮廓空间为球体等约束，进行冲击波的事件特征提取。随后对提取到的事件特征数据，采用解析几何参数拟合，获得冲击波的二维解析参数。对于单目事件相机，引入场景先验知识（如场景标志点间距等）以及其他测量设备数据等方法（如全站仪、GPS等），获得冲击波空间位置参数。对于多目事件相机，采用立体交会冲击波关键方向特征点、直接解析形状等方法，获得冲击波空间位置参数。最后利用事件数据时间戳信息，求解获得冲击波速度等运动参数。

本申请的爆炸威力场毁伤元单目、多目测量方法，能够实现不同尺寸及不同运动状态的毁伤元空间位置及速度等运动参数的测量。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，如图7所示，提供了一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量系统，包括：事件相机系统构建模块702、事件相机系统标定模块704、特殊参数设置模块706、毁伤元观测采集模块708和毁伤元测量模块710，其中：

事件相机系统构建模块702，用于将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统；

事件相机系统标定模块704，用于根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数；

特殊参数设置模块706，用于根据爆炸威力场的实际拍摄条件对事件相机中的特殊参数进行设置，得到设置后的事件相机系统；特殊参数包括对比度阈值、带宽阈值和死区时间；

毁伤元观测采集模块708，用于利用设置后的事件相机系统对爆炸威力场进行观测，得到爆炸过程中产生的事件数据；

毁伤元测量模块710，用于根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从事件数据中提取毁伤元特征，利用事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果。

关于基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量系统的具体限定可以参见上文中对于基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法的限定，在此不再赘述。上述基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图8所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入系统。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入系统可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图8中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量方法，其特征在于，所述方法包括：

将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统；

根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对所述事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数；

根据所述爆炸威力场的实际拍摄条件对所述事件相机中的特殊参数进行设置，得到设置后的事件相机系统；所述特殊参数包括对比度阈值、带宽阈值和死区时间；

利用所述设置后的事件相机系统对爆炸威力场进行观测，得到爆炸过程中产生的事件数据；

根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从所述事件数据中提取毁伤元特征，利用所述事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果；

根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从所述事件数据中提取毁伤元特征，包括：

若所述毁伤元为破片毁伤元，则根据破片飞行速度连续性预测下一时刻破片的二维位置，得到预测值；所述破片飞行速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的破片位置初值；

对下一时刻破片的二维位置的邻域中所有事件进行检索，根据检索结果利用质心漂移方法更新所述预测值，利用更新后的预测值修正破片飞行速度，根据修正后的破片飞行速度预测当前时刻的下一时刻的破片的二维位置，直至得到整个序列事件中破片的二维坐标；所述整个序列事件中破片的二维坐标为破片毁伤元特征；

若所述毁伤元为冲击波毁伤元，利用冲击波空间理想形态为半球的约束，在图像平面构建椭圆方程描述冲击波；

根据人工选取的方式从所述事件数据中获取初时刻冲击波上的点集以及冲击波初速度预测值和搜索半径值，从所述点集中任意选四个点构建平面椭圆方程；对所述平面椭圆方程进行求解拟合，得到初时刻冲击波椭圆参数，在所述初时刻冲击波椭圆参数中引入冲击波传播速度连续性以及空间域约束，估计下一时刻的冲击波参数初值，并根据冲击波参数初值以及搜索半径值筛选出冲击波附近的事件流内点后，以所有内点到当前椭圆参数描述的椭圆距离之和并加权作为能量函数，对所述能量函数中的椭圆参数进行非线性优化，得到当前时刻最终冲击波毁伤元参数特征并修正当前冲击波传播速度，根据当前冲击波传播速度、冲击波传播速度连续性以及空间域约束预测当前时刻的下一时刻的冲击波参数初值，直至获得每一时刻的冲击波椭圆参数值；所述冲击波传播速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的冲击波参数初值；所述空间域约束为冲击波只会由内向外传播，若时间戳t2>t1，则冲击波拟合椭圆长轴参数a2>a1，冲击波拟合椭圆短轴参数b2>b1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对所述事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数，包括：

根据点线同名特征的标定方法提取事件相机拍摄的多幅图像中的多个同名特征并进行匹配，利用匹配后的特征和相机之间的几何约束关系建立事件相机的内外参数方程；

对所述内外参数方程进行求解或拟合，得到事件相机的内外参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据事件相机获取的场景物上的结构点，根据所述场景物的已知结构信息表征所述结构点并利用二维图像坐标到三维世界坐标的对应关系建立事件相机的内外参数方程；

对所述内外参数方程进行求解或拟合，得到事件相机的内外参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据事件每一时刻在二维图像上的分布直方图规律，直接提取冲击波上关键点的二维坐标，根据所述冲击波上关键点的二维坐标求解每一时刻的椭圆参数，从而获得所有时刻冲击波毁伤元参数特征；所述分布直方图规律为事件密度、事件数量和事件二维坐标。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，利用所述事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果，包括：

若所述事件数据为单目事件数据，对于静爆威力场，则利用空间坐标测量设备获取爆炸威力场中的爆心、相机光心、标志物的三维位置信息；根据爆心、相机光心、标志物的三维位置信息计算距离信息；对于动爆威力场，则利用已知的弹药尺寸作为条件估计动爆爆心景深，根据动爆爆心景深获得距离信息；所述爆心、相机光心、标志物的三维位置信息和已知的弹药尺寸为先验知识；

根据所述距离信息、所述事件相机内外参数和所述毁伤元特征构建缩放比例及空间几何约束的方程，对所述方程求解获得毁伤元的运动参数测量结果；所述单目事件数据为单目相机拍摄的事件数据；

若所述事件数据为多目事件数据，对于静爆威力场或动爆威力场，对所有相机的事件数据按相同建帧时长累积事件帧，对于其中任意两台事件相机，将一台事件相机爆炸后第n帧视图及附近事件帧作为另一台事件相机爆炸后第n帧视图的匹配事件候选集；或者根据事件数据的时间戳直接划选匹配空间获得匹配候选集；或者根据时统终端直接同步事件数据获得匹配候选集；所述事件数据具有异步性；

利用对极几何约束和事件极性约束从匹配候选集中获取多个视图的毁伤元匹配的二维像素点坐标，利用所述二维像素点坐标和所述事件相机内外参数，根据线线交会原理确定毁伤元在空间中的三维位置坐标；

利用事件时间戳信息和三维位置坐标变化信息，得到毁伤元的运动参数测量结果。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述事件数据为多目事件数据，利用除当前事件相机外的事件相机获取约束事件数据，从约束事件数据中提取约束毁伤元特征；

根据所述约束毁伤元特征对当前事件相机的单目先验知识测量结果添加约束域，得到毁伤元的运动参数测量结果。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对极几何约束为

，其中，

和

分别为毁伤元在两幅视图中的二维坐标，

为基本矩阵；所述事件极性约束为利用事件极性一致性作为约束。

8.一种基于事件相机的爆炸威力场毁伤元测量系统，其特征在于，所述系统包括：

事件相机系统构建模块，用于将多个事件相机以不同的空间位置和观测角度布置在爆炸威力场附近构成事件相机系统；

事件相机系统标定模块，用于根据点线同名特征的标定方法或已知结构信息约束的标定方法对所述事件相机系统进行标定，得到事件相机内外参数；

特殊参数设置模块，用于根据所述爆炸威力场的实际拍摄条件对所述事件相机中的特殊参数进行设置，得到设置后的事件相机系统；所述特殊参数包括对比度阈值、带宽阈值和死区时间；

毁伤元观测采集模块，用于利用所述设置后的事件相机系统对爆炸威力场进行观测，得到爆炸过程中产生的事件数据；

毁伤元测量模块，用于根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从所述事件数据中提取毁伤元特征，利用所述事件相机内外参数和单目先验知识测量法或多目立体测量法对毁伤元特征进行测量，得到毁伤元运动参数测量结果；

毁伤元测量模块还用于根据毁伤元运动轨迹的连续性和毁伤元形态特征从所述事件数据中提取毁伤元特征，包括：

若所述毁伤元为破片毁伤元，则根据破片飞行速度连续性预测下一时刻破片的二维位置，得到预测值；所述破片飞行速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的破片位置初值；

对下一时刻破片的二维位置的邻域中所有事件进行检索，根据检索结果利用质心漂移方法更新所述预测值，利用更新后的预测值修正破片飞行速度，根据修正后的破片飞行速度预测当前时刻的下一时刻的破片的二维位置，直至得到整个序列事件中破片的二维坐标；所述整个序列事件中破片的二维坐标为破片毁伤元特征；

若所述毁伤元为冲击波毁伤元，利用冲击波空间理想形态为半球的约束，在图像平面构建椭圆方程描述冲击波；

根据人工选取的方式从所述事件数据中获取初时刻冲击波上的点集以及冲击波初速度预测值和搜索半径值，从所述点集中任意选四个点构建平面椭圆方程；对所述平面椭圆方程进行求解拟合，得到初时刻冲击波椭圆参数，在所述初时刻冲击波椭圆参数中引入冲击波传播速度连续性以及空间域约束，估计下一时刻的冲击波参数初值，并根据冲击波参数初值以及搜索半径值筛选出冲击波附近的事件流内点后，以所有内点到当前椭圆参数描述的椭圆距离之和并加权作为能量函数，对所述能量函数中的椭圆参数进行非线性优化，得到当前时刻最终冲击波毁伤元参数特征并修正当前冲击波传播速度，根据当前冲击波传播速度、冲击波传播速度连续性以及空间域约束预测当前时刻的下一时刻的冲击波参数初值，直至获得每一时刻的冲击波椭圆参数值；所述冲击波传播速度连续性为利用上一时间段内估计的速度预测下一时刻的冲击波参数初值；所述空间域约束为冲击波只会由内向外传播，若时间戳t2>t1，则冲击波拟合椭圆长轴参数a2>a1，冲击波拟合椭圆短轴参数b2>b1。

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