基于航天器內運動體視頻圖像變化轉化為檢測微重力的方法技術

一種檢測技術領域的基于航天器內運動體視頻圖像變化轉化為檢測微重力的方法，該方法包括以下步驟：取微重力狀態下航天器內運動體在某個瞬間時段采集的兩張或者兩組視頻圖像，或者采集的兩張以上或者兩組以上視頻圖像，作為微重力檢測片段用幀序列截成一幅幅圖片；標注運動體質心坐標；預估運動體的長度，并在質心坐標計算1個單位長度在實際長度；通過質心坐標以及計算出的航天器內運動體的加速度。本發明專利技術通過多個攝像機采集物體在三維空間中的視頻運動信息，通過圖像信息融合處理，獲得航天器內三維空間運動體的加速度，并進一步獲得航天器微重力。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是一種檢測
的微重力的檢測方法，特別是一種。
技術介紹
自人類進入太空以來，失重和微重力現象進一步引起人們的重視，人們利用飛機、 火箭等獲得物體失重和微重力狀態，其微重力實驗時間很短，僅IOs左右，很難滿足一般的實驗要求。由于長時間的失重狀態只能在衛星或航天器上才能得到，失重的應用研究受到很大限制。利用衛星、航天飛機等繞地球飛行的航天器可獲得長時間的獲得物體失重和微重力狀態，但是遠沒有地面上方便；在地面產生短時失重和微重力狀態是沒有大的困難的， 但由于時間太短很難利用，為增加失重和微重力狀態時間，勢必需要大的行程，這樣長時間的加速運動必定產生巨大的末速度，因此，時間短、行程長，速度高是研究地面失重和微重力狀態的三個難點，進一步地獲得物體的微重力及其加速度在技術上還有很大的困難。由于微重力環境和地面上不同，許多物理現象和物理過程都會發生定的變化，如蛋白質的生長、材料的結晶以及液體的表面張力等，微重力環境下的這些特性，在材料加工、制藥、生物醫學領域有著廣泛的應用前景。當人們要利用微重力環境所帶來的種種好處之前，首先需要測量并獲得微重力環境的特性。現有技術中微重力加速度傳感器的研究開始于八十年代，有電容式、壓阻式、壓電式、諧振式、溫敏式和隧穿式加速度傳感器等。1992年元月份發射的國際微重力實驗室 (IML)I號計劃，由美國宇航局(NASA)、歐聯宇航局(ESA)、加拿大空間署(CSA)、德國空間署(DARA)、法國空間研究中心(CNES)和日本空間開發局(NASDA)組成，包括美、加、口、德、 法以及英、意、瑞士、瑞典、荷蘭、丹麥、西班牙等18個國家200多位科學家。IML-I號飛行是IML整個十年計劃的第一步。它的主要目標是利用空間微重力環境，進行材料科學和生命科學實驗，探討生命形式如何適應微重力環境，研究多種材料空間加工時的特性，從而提高地球上生命的質量和加速對微重力的適應。例如，利用微重力生成高質量的蛋白晶體，來改善人類對疾病的治療；進行對內耳的研究，為航天員經常患有空間運動病提供防治措施； 對空間材料進行加工，幫助人類提純更好的產品，為計算機、激光和其它高技術設備提供所需原料等。美國1991年6月在航天飛機STS-40任務中首次使用并沿用至今的SAMS加速度測量系統，傳感器配用Simds trand數據控制公司的QA-2000型石英撓性加速度計，可測量瞬態加速度和振動加速度，分辨率1 μ而，系統總精度10 μ ；中國從20世紀80年代中期開始發展自己的空間微重力加速度測量系統，取得了一系列重要成果。也就是說，現有技術對微重力研究和檢測還是通過加速度傳感器進行的，由此檢測的結果就依賴于加速度傳感器的機制和精度。根據對現有技術文獻的檢索發現，專利權人上海交通大學，專利號 2004110052606. 6，名稱平面光波導的微重力加速度傳感器及測量方法，該項專利技術介紹了微重力加速度傳感器及測量方法。微重力加速度傳感器的結構為探測質量塊通過懸臂梁同外框架固定，外層金屬膜沉積在光學玻璃板上，光學玻璃板通過螺絲固定在外框架側面，內層金屬膜沉積在探測質量塊上，外層金屬膜背向內層金屬膜，并且中間保持有空氣隙。該項專利技術的借助于微重力加速度傳感器的測量方法為將激光器發射的激光入射到光學玻璃板上的外層金屬膜，當滿足耦合條件后，光耦合進入由外層金屬膜、光學玻璃板、空氣隙、內層金屬膜構成的光波導結構中，從外層金屬膜與空氣分界面上反射的光強隨著探測質量塊與外層金屬膜的間距改變而變化，通過檢測反射光強度的變化量，來測量探測質量塊相對光學玻璃板位置的改變，從而實時測得加速度的大小。由此得知，上述引證文獻對微重力檢測也是通過加速度傳感器進行的，由此檢測的結果就依賴于加速度傳感器的機制和精度。至今尚未發現有利用對航天器內運動體的視頻圖像變化來檢測微重力有關技術文獻的介紹和報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種。本專利技術通過多個攝像機采集物體在三維空間中的視頻運動信息，通過圖像信息融合處理，獲得航天器內三維空間運動體的加速度，并進一步獲得航天器微重力。本專利技術是通過以下技術方案實現的本專利技術包括以下步驟①取微重力狀態下航天器內運動體在某一個瞬間時段采集的兩張或者兩組視頻圖像，或者采集的兩張以上或者兩組以上視頻圖像，作為微重力檢測片段用幀序列截成一幅幅圖片； ②標注運動體質心坐標；③預估運動體的長度，并在質心坐標計算1個單位長度在實際長度；④通過質心坐標以及計算出的航天器內運動體的加速度。攝像機成像模型是對光學成像過程的簡化，即像點、投影中心和空間點三者是共線關系。本專利技術依據物體在受到合外力的作用會產生加速度，加速度的方向和合外力的方向相同，加速度的大小與合外力的大小成正比，與物體的慣性質量成反比。航天器內的運動體在微重力環境下就有加速度，該微重力和加速度方向相同，是矢量式關系，并且是瞬時關系。對于繞地球作軌道運行的航天器而言，重力僅指地球的引力，當地球的引力和航天器繞地球運動而產生的慣性離心力相平衡，航天器及其內部的一切物體，都以相同的速度、加速度運動，相互之間沒有作用力，所有物體都表現不出有重量，這就是“失重”，反之就存在微重力、重力。本專利技術基于因存在微重力，就有加速度，物體將會移動或者運動的力學定理，利用可以檢測采集在某一個瞬時時間段的兩張(或者兩組)或者兩張以上(或者兩組以上)視頻圖像；發過來通過兩張(或者兩組)或者兩張以上(或者兩組以上)視頻圖像就可以獲得航天器內的運動體在微重力環境下的加速度的方法。本專利技術通過多個攝像機采集物體在三維空間中的視頻運動信息，通過圖像信息融合處理，獲得航天器內三維空間運動體的加速度，并進一步獲得航天器微重力。附圖說明圖1本專利技術使用的世界坐標系、攝像機坐標系和圖像坐標系示意圖；圖2本實施例在同步運行軌道上檢測采集圖像示意圖。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術的實施例作詳細說明以下實施例在以本專利技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本專利技術的保護范圍不限于下述的實施例。實施例如圖1所示，本實施例在同步運行軌道上檢測采集圖像時，取微重力狀態下航天器內運動體在某一個瞬間時段的采集兩張或者兩組視頻圖像，作為微重力檢測片段用幀序列截成一幅幅圖片；標注運動體質心坐標；預估運動體的長度，并在質心坐標計算1個單位長度在實際長度；通過質心坐標以及計算出的航天器內運動體的加速度。所述的視頻圖像采集兩張以上或者兩組以上視頻圖像。所述的視頻圖像，，在坐標標定過程中選擇世界坐標系、攝像機坐標系和圖像坐標系，世界坐標系(xw，Yw，Zw)，這是用來描述攝像機的位置的參照坐標；攝像機坐標系(X。，Y。， Zc)以攝像機鏡頭光心0。為坐標原點，x。Y。軸平行于圖像平面，Ζ。軸垂直于圖像下面，圖像坐標系為兩維下面坐標，4軸與圖像平面的交點在圖像坐標系上的坐標為(Utl, Vtl)，即攝像機的基準點，該點位于圖像平面的中心處，攝像機基準點坐標需要標定兩個參數為攝像機鏡頭光心0。與基準點之間的距離就是焦距f。本實施例利用解析幾何、根據視頻圖像物點P的大小以及坐標轉換的計算即可獲得。本實施例設定在同步運行軌道上檢測采集圖像，如圖2所示，所述的視頻圖像，通過基準桿，圖中黑色本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張智翔，
申請(專利權)人：上海市南洋模范中學，
類型：發明
國別省市：