【摘 要】
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战斗部飞行破片参数测量对战斗部设计定型与改进具有重要意义。高速摄影作为一种重要的战斗部破片参数测量手段,具有高效、准确、直观和过程可复现的优点。对序列图像的分析是高速摄影应用于战斗部参数测量的主要任务。通过破片飞散序列图像中的目标检测识别、运动跟踪和立体匹配等问题的研究,建立破片群飞散过程的时空关系,还原战斗部破片的飞行轨迹,获取爆炸场中破片的运动规律,实现战斗部破片的相关参数测量。论文以高速摄影
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战斗部飞行破片参数测量对战斗部设计定型与改进具有重要意义。高速摄影作为一种重要的战斗部破片参数测量手段,具有高效、准确、直观和过程可复现的优点。对序列图像的分析是高速摄影应用于战斗部参数测量的主要任务。通过破片飞散序列图像中的目标检测识别、运动跟踪和立体匹配等问题的研究,建立破片群飞散过程的时空关系,还原战斗部破片的飞行轨迹,获取爆炸场中破片的运动规律,实现战斗部破片的相关参数测量。论文以高速摄影破片群序列图像为研究对象,在破片目标的检测识别中,对FasterRCNN网络结构进行分析,将原有结构中的16层特征提取结构改进为24层的全卷积特征提取结构,引入残差模块降低模型层数加深带来的网络退化风险。同时对多个不同尺度的特征图进行特征识别,构成的多尺度检测网络提高了浅层特征的利用率。经过实验验证,改进后的多尺度破片目标检测网络相比Faster-RCNN网络在破片目标检测中召回率提升24.4%,准确度提升4.2%。为了实现多破片目标飞散运动的时间关联,在破片目标跟踪任务中,论文以卡尔曼滤波算法进行目标位置的预测,采用运动模型与外观模型相结合的评价方式,进行跟踪器匹配过程进行优化,提升了破片目标跟踪的稳定性,改善了跟踪过程中目标长时间消失和相互遮挡造成的跟踪结果碎片化。在破片目标立体匹配中,在SIFT特征匹配算法对双目相机中破片目标特征点匹配的基础上,利用Census变换和SAD相融合的匹配方法对图像中的相似区域进行提取,以双目视觉图像中的相似区域构成了立体匹配的约束条件,有效地去除了错误的特征匹配点对,提高了立体匹配的准确性。经实验验证,在高速摄像机组成的立体测量系统同步记录的破片目标飞散过程序列图像中,论文所采用的战斗部破片测量方法在破片的检测识别、运动跟踪和立体匹配各部分中效果显著,建立了破片在爆炸场中运动过程的时空关联模型,实现了战斗部破片三维空间坐标重建;并基于三维空间中构建的破片目标运动轨迹,完成了破片目标运动速度、飞散方向角的计算测量和破片群飞散运动演化过程的重现,为战斗部毁伤效能的评价提供了一种方法,对相关战斗部的毁伤威力评估具有一定的参考意义。
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