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专利号: 2018104387083
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法,其具体包括以下步骤:步骤1:根据破片群的位置,布置三个光场相机,根据三个光场相机布置参数,建立基于三个光场相机的近炸空间破片散布解算模型,其中,三个光场相机均为面阵CCD相机,其中,在所述步骤1中,包括以下步骤:步骤S11,采用三个光场相机,分别为第一光场相机(1)、第二光场相机(2)和第三光场相机(3),假设每台光场相机的焦距为fl,且三个光场相机都具有满足测试要求的高帧频,将其布置到三角形的三个顶点,且使三个光场相机的视场交汇于探测区域;

步骤S12,对三个光场相机中两两一组进行校平;

步骤S13,测量每一组光场相机校平后的角度值αa1、αa3、αb1、αb2、αa2、αb3;

步骤S14,测量三个光场相机光学系统的俯仰角数值ε1、ε2、ε3;

步骤S15,测量每两个光场相机的光学镜头之间的距离d1、d2、d3;依据建立的近炸空间破片散布解算模型,在炮口处设置外部触发源,当触发源探测火光时,三个光场相机同步触发采集图像;

步骤S16,建立主坐标系,具体地,以第一光场相机(1)和第三光场相机(3)的中心连线S1S3为X轴,第一光场相机(1)的中心S1为原点,构成主坐标系XOY;

步骤S17,建立两个从坐标系,其中,以第一光场相机(1)和第二光场相机(2)的中心连线S1S2为X'轴,S1为原点O',构成第一从坐标系;以第二光场相机(2)和第三光场相机(3)的中心连线S2S3为X”轴,第二光场相机(2)的中心S2为原点O”,构成第二从坐标系;其中,主坐标系与第一从坐标系的夹角为δ1,主坐标系与第二从坐标系的夹角为δ3,第一从坐标系与第二从坐标系的夹角为δ2,其中,δ1=αb1‑αa1,δ2=αb2‑αa2,δ3=αb3‑αa3;

步骤2:利用数字重聚焦方法,对遮挡、重合的多个破片目标进行分辨识别,获取破片目标的图像坐标,其中,在所述步骤2中,具体包括以下步骤:步骤S21,对爆炸区域的光场信息利用光场相机内部的微透镜阵列进行处理,每一光场相机内的CCD成像探测面置于微透镜阵列的一倍焦距f处,设光线进入微透镜的位置坐标T T

(ui,vi),位置坐标矩阵U=[u1,u2,...un] ,V=[v1,v2,...vn] ,其中,i=1,2,…,n;经过图像处理技术,获取空间中每一破片目标在CCD成像探测面上的图像坐标位置(x′i,y′i),设图T T

像坐标矩阵X′=[x′1,x′2,...x′n] ,Y′=[y′1,y′2,...y′n];当光场相机采集图像中出现多个破片目标重合或者遮挡的情况时,通过改变微透镜阵列参数ai,使重合遮挡破片目标区域的成像景深变浅,在还原被遮挡破片时,能够将前方的离焦遮挡破片严重虚化,实现透视效果;

步骤S22,将微透镜阵列平面视为u‑v平面,探测器平面视为x‑y平面,则重聚焦平面距微透镜平面的距离为aif,对遮挡、重合的破片目标分辨识别后,使得破片目标通过重新聚焦在CCD成像探测面上形成一个清晰的像,从而得到破片目标经过重聚焦后的图像坐标T T

(xic,yic),则Xc=[x1c,x2c,...xnc] ,Yc=[y1c,y2c,...ync] ,且另 其中,i=1,2,…,n,E为单位矩阵,且满足如下关系:步骤3:结合破片目标经过数字重聚焦后的图像坐标,确定破片目标与各个光场相机的光轴之间的夹角,其中,在所述步骤3中,具体包括以下步骤:步骤S31,根据步骤2中的数字重聚焦方法获取每个破片目标的图像坐标(xic,yic),计算每个破片目标与各个光场相机光轴之间的夹角βmi,m=1,2,3,i=1,2,…,n则有:步骤4:当破片目标经过探测区域时,利用重聚焦解算目标图像坐标参数模型;基于建立的近炸空间破片散布解算模型,依据双目视觉原理,对两两交汇的光场相机进行分析,根据空间几何关系计算出破片目标在主坐标系下与从坐标系下的空间位置坐标参数;依据三个坐标系下的空间位置坐标参数,根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行破片群匹配,其中,在所述步骤4中,包括以下步骤:步骤S41,当破片群经过探测区域时,三个光场相机同步对破片群图像进行采集,依据采集的图像,调整微透镜阵列参数矩阵A进行分辨识别破片目标,解算图像坐标参数模型(Xc,Yc);假设每台光场相机的焦距为fl,根据破片目标经过重聚焦后的图像坐标(xic,yic),计算每个破片目标与各个光场相机光轴之间的夹角βmi,其中,i=1,2,…,n,l=1,2,3,m=1,2,3;

步骤S42,分别对两两交汇的光场相机进行分析,根据几何关系计算第k幅光场相机采集的图像中第i个破片目标的空间位置(xki,yki,zki),对应的空间位置矩阵(Xk,Yk,Zk),其中,i=1,2,...,n,k=1,2,...,具体分为如下情况:利用第一光场相机(1)与第三光场相机(3)视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X1,Y1,Z1),具体如下:

T T

X1=d1·Q1W1E1‑f1·R1M1T

Y1=d1·Q1W1E1

T

Z1=d1·C1B1

其中,

T

Q1=[sin(ε3‑β31),sin(ε3‑β32),...,sin(ε3‑β3n)]T

W1=[cos(ε1‑β11),cos(ε1‑β12),...,cos(ε1‑β1n)]T

B1=[cot(ε3+β31),cot(ε3+β32),...,cot(ε3+β3n)]T

R1=[sin(β11),sin(β12),...,sin(β1n)]利用第一光场相机(1)与第二光场相机(2)视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X2,Y2,Z2),具体如下:

T T T

Y2=(d2·Q2W2E2‑f2·R1C2)·sinδ1‑(d2·Q2E2C2)·cosδ1T

Z2=d2·C1N1

其中,

T

N1=[cot(ε2+β21),cot(ε2+β22),...,cot(ε2+β2n)]T

Q2=[sin(ε2+β21),sin(ε2+β22),...,sin(ε2+β2n)]T

W2=[cos(δ1‑ε1+β11),cos(δ1‑ε1+β12),...,cos(δ1‑ε1+β1n)]T

M2=[sin(δ1‑ε2+β11),sin(δ1‑ε2+β12),...,sin(δ1‑ε2+β1n)]利用第二光场相机(2)与第三光场相机(3)视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X3,Y3,Z3),具体如下:

T T T

X3=(d3·Q3W3E3‑f3·R3Z3)·cosδ3‑(d3·Q3Z3E3)·sinδ3+d2·cosδ1T T T

Y3=(d3·Q3W3E3‑f3·R3Z3)·sinδ3‑(d3·Q3·Z3E3)·cosδ3+d2·sinδ1T

Z3=d3C1N1

其中,

T

Q3=[sin(δ3‑ε3+β31),sin(δ3‑ε3+β32),...,sin(δ3‑ε3+β3n)]T

W3=[cos(δ2‑ε2‑β21),cos(δ2‑ε2‑β22),...,cos(δ2‑ε2‑β2n)]T

R3=[sin(β21),sin(β22),...,sin(β2n)]步骤S43,依据解算的空间位置矩阵,用相邻两幅图像待配准的破片群位置坐标进行作差,根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行匹配,若坐标差成比例,则待配准目标为同一目标;

步骤5:取三个坐标系下的空间位置坐标平均值,获取破片目标的空间位置。

2.根据权利要求1所述的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法,其特征在于,在所述步骤5中,包括以下步骤:

步骤S51,取三个坐标系的空间位置坐标平均值,从而得到破片目标的空间位置(xi,yi,T T

zi),其中,破片目标的空间位置坐标矩阵X=[x1,x2,...xn] ,Y=[y1,y2,...yn] ,Z=[z1,T

z2,...zn],且满足如下关系: