基于数字摄影测量的靶场高速摄影测速方法

针对靶场静爆试验中破片测速难题,提出了基于摄影测量技术的破片测速方法。以某枪弹为例,开展了测速试验,建立了测试系统,解决了测试现场高速相机布置及参数设定问题;研究了关键技术,通过解析高速相机捕捉的弹丸运动图像序列,还原了弹丸的运动轨迹方程,求解得到弹丸的飞行速度;并将试验结果与铝箔靶测得速度进行对比,相对速度误差小于1%。实例表明,该方法能够准确测量破片的运动速度,测试结果可靠,测量精度能够满足靶场试验要求。

基于杂波抑制的海平线红外弱小目标检测

针对红外图像中海天交接处目标能量较弱,难以获得精确检测的问题,本文提出一种基于杂波抑制的海平线弱小目标检测方法。该方法通过对红外图像特征分析,检测海平线像素特征,去除障碍物干扰,确定海平线区域;对海平线区域采用改进的均值差滤波与背景建模,去除海平线杂波;杂波滤除后,计算两个区间自适应阈值作为滞后阈值,从而检测出海平线弱小目标像素。实验结果表明,本文提出的算法能够有效去除海平线杂波,确定海平线区域,有效提取海平线像素,从而准确检测出海平线弱小目标,具有较高的检测率与较低的虚警率,验证了该算法的有效性。

基于高速摄影视觉测量的静爆破片运动参数测试方法

为提高静爆试验中破片初速和速度衰减系数解算的可信度,提出了基于高速摄影视觉测量的静爆破片运动参数测试方法,该方法主要包括高速摄像机数据采集、视觉测量解算破片轨迹、基于运动模型拟合求解三个步骤。试验证明,该方法能够准确获取各破片的初速和速度衰减系数,可信度高,是一种有效的静爆试验破片运动参数测试方法。

一种超高射速武器连发初速测试方法

针对超高射速武器连发初速测试需求,建立了一种高速相机与初速雷达联合测试的方法。采用两台高速相机、一台初速雷达构建测量系统,将光学测试高时空分辨能力与雷达高精度测速能力相结合,在利用高速相机测量瞬时速度的基础上,通过特定距离相对速度降标定,实现连发初速精确测量。实验结果表明:该方法适用于9 000发/min射速情况下连发初速测试,测量精度优于1‰;该方法适用于武器性能试验中超高射速武器连发初速测试工作。

弹丸章动纸靶数据高精度处理方法

为对纸靶法获取的弹孔图像进行数据判读以测量弹丸飞行状态参数,提出了一种新的数字化图像采集与处理纸靶弹孔的方法,其核心是弹丸三维模型正投影匹配搜索算法,可实现弹丸穿靶姿态、位置的高精度测量。实验结果表明,利用该方法采集靶纸上的弹孔图像简便易行,分析和处理的自动化程度高、受人为主观因素影响较小,且测量精度优于传统方法。该方法在已知三维模型的弹丸章动纸靶数据处理中有较强的适用性。

基于PCI-E总线的北斗导航授时卡Linux驱动设计

为提高Linux系统时间的精确度,设计了PCI-Express接口的北斗授时卡以及驱动程序;授时卡通过北斗卫星导航信息接收模块接收时间定位信息并输出至FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列),FPGA利用状态机检测出时间位置信息,并存入IP核创建的虚拟双口RAM中;当PCI-E驱动芯片接收到读取当前时间命令时,将虚拟双口RAM中时间数据传输至PCIE总线供上位机读取;实验编写了Linux系统设备驱动程序,包括驱动的编译、加载,利用图形界面开发工具GTK+编写授时测试软件;打开授时测试软件,通过指令使能授时卡PCI-E驱动芯片硬件中断,检测到FPGA输出的中断信号,测试软件进去中断服务程序读取PCI-E总线上的时间信息,并在目标栏中显示;试验结果证明:在Ubuntu Kylin系统平台下授时测试软件运行稳定、界面简洁,且授时精度达到100纳秒。

连发制导弹药近地面炸点坐标测试方法

针对制导火箭弹、制导炮弹连发试验散布小、炸高低,形成烟尘阻碍炸点坐标精确测试问题,提出了一种基于高速摄影测量的炸点坐标测量方法。通过开发爆炸相对光强探测设备,利用连发爆炸光辐射特征相似性进行参比测时,在此基础上利用终点弹道惯性特征进行弹道外推,解算连发炸点精确坐标。利用单发实弹射击模拟和连发制导火箭试验,证明了该方法的测量精度和实用性。结果表明,应用该方法可以完成制导弹药试验近地面连发炸点坐标的高精度测试。

静爆试验测速图像中破片提取方法研究

针对静爆试验中高速相机拍摄到的破片运动图像背景复杂、目标多、干扰多、破片小等问题,研究了小目标的增强和提取方法.提出了基于平方增强的三帧差分方法,得到破片运动的前景图像,增强了图像前景的信噪比;采用改进的最大类间方差法,得到更加精确的分割阈值,提高了目标分割精度;采用形态学处理方法,消除孤立噪点并恢复分割时削弱的目标边缘.实验结果表明,该方法能够很好地适应背景灰度的微弱变化,完成复杂背景下静爆图像中破片的提取,得到破片的运动轨迹,解决了采用高速摄影进行破片测速的关键问题,一定程度上有助于提高测速精度.

小口径并联多管火炮立靶试验弹道辨识方法

基于高速摄影测量小口径并联多管火炮连发立靶试验的射弹弹道射弹发射管号、发射顺序和着靶对应关系的多参数测试,建立了基于原型聚类和贝叶斯推理的分段辨识方法,在首、末段辨识的基础上进行综合辨识,并进行了实弹射击验证。试验结果表明,本文方法可以测试并可靠辨识,对于某型4管并联火炮200 m立靶射弹辨识置信度优于95%。

偏振光学成像:器件,技术与应用(特邀)

偏振是强度、波长和相位之外描述电磁波基本属性的第四个重要的“信息维度”参量,物体反射光或辐射光的偏振特性与其材质、几何形状、纹理结构和表面粗糙度、理化特性等本身性质密切相关。偏振光学成像是基于对光的偏振信息进行探测的新型光学成像手段,其利用目标反射光和背景杂散光的偏振特性差异,以达到改善目标成像质量、提高作用距离、提升探测能力和增强识别概率的目的。作为对强度、光谱和红外成像方式的有效补充手段,偏振光学成像对低信噪比复杂背景环境、强散射环境、低照度环境下的目标探测,具有重要的应用价值。结合作者多年来在偏振光学成像探测方面的研究工作基础,围绕相关的器件、技术和应用发展状况,对偏振光学成像研究领域进行了较为详细的介绍。包括偏振光学成像技术及偏振相机的国内外研究、发展和应用状况,与偏振光学成像密切相关的偏振光Stoke矩阵表示及偏振光学成像基本原理,以及研究团队在偏振相机研制及偏振光学成像探测方面开展的研究工作,主要涉及分孔径偏振光学成像系统的设计及关键器件和技术,偏振图像的信息处理技术及算法和应用。最后,对偏振光学成像研究目前需要解决的技术问题和发展方向给出了思考和建议。

基于北斗/惯导与多传感融合的无人机参数矫正方法研究

针对无人机飞行过程中姿态、定位以及高度参数不精确的问题,提出基于北斗/惯导与多传感器融合的无人机参数矫正方法,介绍了在北斗/惯导组合系统中融合气压传感器与速度传感器的采集参数,结合卡尔曼滤波器算法推算最优定位值。由速度传感器提供具体参数给惯导系统,并利用加速度与航偏角之间的关系预测无人机轨迹,结合北斗系统当前定位参数推算出最优值,将运算得到的无人机参数通过无线通讯的方式发送到终端进行存储显示。结果表明:采用多传感融合方式矫正的方法有效提高飞行轨迹与姿态的监测精度,定位精度达到3m,为操控无人机提供了有力的理论依据。

基于改进最大类间方差法的靶板重孔检测

传统的自动报靶系统对于连发射击到靶板上的重叠弹孔检测率低,通常基于图像处理的自动报靶系统对重叠弹孔会识别成一个弹孔,漏检率高,为此提出一种基于改进最大类间方差法(Otsu法)的靶板重孔检测方法。采用改进Otsu法的弹孔识别方法将重叠弹孔与背景分割,再用两遍扫描法对分割后的图像进行处理,得到重叠弹孔区域,最后采用最小外接矩形法定位重孔区域的两个弹孔中心。结果表明:与传统霍夫变换相比,所提方法能有效定位重孔的两个弹孔中心和计算出中心坐标;该方法计算复杂度低,在缩短计算时间的同时还提高了弹孔中心定位的精确度,对于重合度不大于88.73%的重孔,弹孔中心测量误差不大于3像素,提高了对靶孔的检测精度。

基于USB便携式北斗/GPS导航授时系统设计

针对便携式计算机系统时间定位信息不准问题,提出一种基于USB便携式北斗/GPS双模授时定位的系统设计。介绍了USB便携式导航授时系统硬件设计和利用Visual Studio 2010软件在Windows 10系统下的进行软件设计,即串行通讯的初始化编译和使用C++对卫星导航数据的解码,同时利用MFC的应用程序开发功能设计解码后对数据进行显示的窗口。实验证明:在Windows 10系统平台下USB传输卫星信息稳定,数据显示界面简洁,且时间精度达到20 ns,定位信息精度为3 m。

一种基于改进时窗法的爆炸冲击波检测方法

为解决爆炸冲击波的信号采样系统对高频低信噪比部分采样时传统时窗法会使有效信号丢失问题,基于变窗长峰值滤波的信号增强特性以及非线性变量的互信息特性,提出一种基于改进时窗法的爆炸冲击波检测方法。该方法针对信号频段调整了采样窗长,从而解决了信号中高频低信噪比部分的失真问题。测试结果表明,改进法所得冲击波当量的效果偏差皆小于10%,与基于传统时窗法的冲击波检测方法效果偏差相比,检测精度明显提升。研究结果可为爆炸冲击波检测领域提供参考。

基于速度矢量匹配的低特征破片群目标跟踪

静爆测试中破片具有体积小,速度快的特征,在高速摄像机图像序列中与背景对比度低,为了有效提取到破片目标,完成序列中的目标跟踪,提出基于速度矢量的低特征目标群的跟踪方法。方法利用前后帧时间间隔短速度矢量变换可忽略的特点,建立适合破片群运动特征的相关函数,结合新三步法完成对同名点的搜索。实验对某次静爆测试图像序列进行处理,成功提取到破片目标,并完成破片轨迹的模拟,召回率在79%,能够满足靶场测试的需要,为后期双目视觉匹配提供依据。

T型光电经纬仪的投影中心和三差检测方法研究

在靶场测量中,针对负载式T型光电经纬仪在更换成像组件之后的投影中心和光轴平行性改变的问题,提出一种仅需2个标杆即可同时检测投影中心和光轴平行性三差的方法。首先,结合摄像机的小孔成像模型和光电经纬仪的三差,推导了大地测量坐标系下的一点与摄像机图像平面上像点之间的投影方程。其次,根据光电经纬仪正、倒镜拍摄两根标杆得到标杆顶点在图像平面上的投影坐标,推导了结合投影中心与三差的成像投影关系,分析了平移矢量和三差对于标杆顶点在成像平面上投影点脱靶量的影响,对系统的投影中心坐标和三差进行计算,进而实现对光电经纬仪的光轴平行性检测。最后,通过实验验证了所提方法,实验结果表明,引入中心投影坐标和三差之后,水平方向和垂直方向上的重投影误差分别在0.2744 pixel和0.2287 pixel以内,所提方法切实可行、精度较高,可应用于T型光电经纬仪在靶场光轴平行性检测过程。

基于机载标识目标的高速相机标定方法

为解决靶场高速相机在野外大视场测量中标定的问题,提出基于机载标识目标的标定方法,采用机载精确定位标识目标来获取已知点集,并采用基于模拟退火麻雀搜索的方法解算高速相机内外参数。设计易于远距离辨识的机载标识目标,采用事后动态差分进行精确定位,并通过位置修正实现标识目标空间位置精确测量;研究基于模拟退火麻雀搜索标定法,实现高速相机内外参数解算,完成标定。在所设计的验证实验中,所提方法对高速相机内外参数解算的重投影误差为0.43 pixel,交会误差均值为2.5 cm,标定效果和交会精度优于Tsai两步标定法,提高了高速相机远距离标定精度和交会测量精度,解决了对空测量时高速相机的标定问题。

靶场静爆实验测速高速相机标定方法

设计了适用于靶场静爆实验现场的标定设备,研究了基于遗传模拟退火的高速相机标定方法,采用设计的标定设备开展了双目高速相机内外参数标定实验。根据实验采集的圆形人工标志位置参数,分别采用基于遗传模拟退火的标定方法和Tsai两步标定法对双目高速相机参数进行标定,并利用标定结果分别还原视野内位置已知点的空间坐标。将还原的空间坐标与实际测量坐标进行对比,可以发现基于遗传模拟退火的标定法还原的空间坐标最大偏差为0.0082m,优于Tsai两步法得到的最大偏差(0.0181m),提出的方法提高了高速相机的标定精度,对提高破片速度测量精度具有重要意义。

不稳定平台晃动测量与修正方法研究

不稳定平台晃动的测量与修正是工程实践中的一个难题,直接影响着安装于其上的仪器设备的测量精度.本文提出了一种基于摄像测量原理的不稳定平台晃动测量与修正方法,以机动经纬仪为研究对象,利用外置基准确定其基座平台的水平指北状态,通过位姿估计的方法实时解算基座平台测量状态相对水平指北状态的姿态晃动量,进而修正经纬仪观测误差.研制了机动经纬仪基座平台晃动测量与修正系统,并通过实验验证了系统对经纬仪观测角的修正精度,结果表明:1)系统姿态测量灵敏度不大于3″;2)系统修正误差随晃动幅度的增大而增大,且晃动幅度小于13′条件下,系统修正误差不大于16″.

低功耗紫外光能量计的研究与设计

为解决传统紫外光能量计所存在的功耗大、成本高、精度低以及设计复杂等问题,提出一种基于双补偿机制的电流积分型低功耗紫外能量检测方案。该方案利用低功耗单片机实现对紫外光能量的计算;紫外光电探测器输出的电流通过电流积分模块转换为方波脉冲;放电补偿电路和环境光补偿电路对电流积分模块进行误差校正,提高检测精度;主控制器对脉冲数进行统计,计算能量大小;充分利用低功耗模式优化显示程序,显示程序不使用芯片驱动,而是采用微处理器直接驱动,使显示程序的功耗进一步降低。实验证明:该方案功耗不超过165μW,对紫外光能量值的检测误差小于1%,电路复杂度低,使用芯片成本低,具有很强的续航能力和很高的实用价值。