一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统，包括多个传感器阵列、触发装置和总控制器，其中多个传感器阵列平行共轴放置，每个传感器阵列由两台线阵相机、两个线光源、正方形铁架和站控制器组成，两台线阵相机安装在正方形铁架的相邻边上，使两台线阵相机的拍摄方向正交，此时，两台相机形成的重叠区为有效靶面；两个线光源分别在两台线阵相机的正对面，产生一字线形激光投向线阵相机；站控制器由计算机和时序控制器组成，两台线阵相机通过千兆网将采集到的图像传输至站控制器中的计算机，时序控制器通过外触发方式控制线阵相机开始采集。本发明专利技术系统结构简单，安装方便，且提高了测试效率。且提高了测试效率。且提高了测试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统


[0001]本专利技术涉及光电测量
，具体涉及一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统。

技术介绍

[0002]线阵相机交汇靶是用线阵相机构成的光学摄影系统，弹丸通过靶面时将在相机上成像，通过成像点的位置来确定弹丸在靶面的位置，它与其它光电靶的重要区别是它结构简单，操作方便，测量精度高，测试速度快和自动化程度高等优点。早些年，由于线阵相机成本高且扫描速率低导致线阵光靶并没有得到足够的应用，但随着科学技术和集成工艺的发展，目前线阵相机的扫描速率和分辨率得到了很大的提高，成本也在下降，因此有着广阔的前景。现今对弹丸速度和位置的采集方法已经越来越多，但只有速度与位置对于动态参数测量而言还不够。
[0003]近些年来，随着空化和超空化机理的深入研究，超空化产生的空炮，能够有效降低弹丸水下运动阻力的现象所以被人们重视起来。超空泡是一个物体被一层气体所包裹的流体动力学的现象被人们重视起来。超空泡是一个物体完全被一层气体所包裹的流体动力学过程，因为气体的密度和黏度都比海水低得多，所以能剧烈降低被包裹物体表面摩擦力。如果物体外形合适，那伴随的压差阻力就能保持非常低的值，使得弹丸水下航行时速度降低，实现高度运动，从而为常规水下弹丸的使用，提供了更广阔的应用前景。但水下超空泡检测的相关专利技术却很少，故对水下超空泡检测的探究也是水下弹丸动态参数测量中重要的一环。因此，亟需提出一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统，实现动态高精度检测弹丸姿态和超空泡形态。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统，包括多个传感器阵列、触发装置和总控制器，其中：
[0006]多个传感器阵列平行共轴放置，每个传感器阵列由两台线阵相机、两个线光源、正方形铁架和站控制器组成，两台线阵相机安装在正方形铁架的相邻边上，使两台线阵相机的拍摄方向正交，此时，两台相机形成的重叠区为有效靶面；两个线光源分别在两台线阵相机的正对面，产生一字线形激光投向线阵相机；站控制器由计算机和时序控制器组成，两台线阵相机通过千兆网将采集到的图像传输至站控制器中的计算机，时序控制器通过外触发方式控制线阵相机开始采集；
[0007]触发装置由红外光幕靶构成，总控制器由总时序控制器和总计算机组成，弹丸向与传感器阵列垂直的方向发射，通过触发装置时，会产生电信号发送到总控制器，由总控制器中的总时序控制器向各个传感器阵列的站控制器中的时序控制器发送信号，启动线阵相机拍摄图像，当弹丸通过每一个传感器阵列时会获取弹丸穿过有效靶面的多帧图像，并实
时通过千兆网将图像发送到站控制器，由站控制器中的计算机进行图像处理，得到拼接完成的弹丸和空炮形态图像并计算水下弹丸弹道参数，再发送到总控制器中的总计算机进行数据汇总，模拟水下弹丸飞行轨迹。
[0008]进一步的，每组传感器阵列单元中，两台相机形成的有效靶面的大小根据铁架宽度及线阵相机视场角来调节，具体如下：
[0009][0010]式中，x为铁架宽度，α为线阵相机视场角，y为所需正方形有效靶面宽度。
[0011]进一步的，所述线光源由多个绿光LED串联组成，LED的功率根据线光源与线阵相机的距离进行选择，具体如下：
[0012][0013]式中，W为线光源所需功率或能量，E0为线阵相机靶面辐照度，镜头数值孔径为D/f，c为激光的水质衰减系数，L为传输距离，即铁架宽度。
[0014]进一步的，所述外触发方式为外部TTL信号，时序控制器实现方法是由单片机控制多路管脚，输出TTL高电平。
[0015]进一步的，所述控制器中，计算机根据弹丸的图像信息确定弹丸弹道参数，拼接图像恢复弹形，具体方法为：
[0016]S1，采用Surendra算法进行背景差分，当差值图像灰度值小于触发大于变化阈值时，认为背景有变化但变化不大，用比例因子a更新背景图像；当差值大于触发阈值时，即认为背景有变化，此时开始进行后续图像处理；
[0017]S2，对每个传感器阵列采集的两个图像进行滤波、二值化和边缘检测，得到空泡和弹丸的边缘轮廓，将多帧图像根据时间首尾相接进行图像拼接，得到弹丸以及空炮的两组图像序列；
[0018]S3，根据两组弹丸图像计算弹丸坐标、速度、俯仰角、偏航角信息，根据各传感器阵列弹丸坐标信息及传感器阵列与炮口的距离得到水下弹丸的空间坐标，最后由总控制器的主控计算机模拟整个空间的弹丸模拟飞行轨迹。
[0019]一种基于线阵相机的水下弹道参数测试方法，利用所述的基于线阵相机的水下弹道参数测试系统，实现基于线阵相机的水下弹道参数测试。
[0020]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：克服了传统水下弹丸姿态检测的结构笨重，安装复杂，对照明光源依赖性强，同步采集困难以及易受水下环境干扰等问题，提高了测试效率，具有很大的应用前景。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的系统测试原理图。
[0022]图2为本专利技术的线阵相机传感阵列的安装方法图。
[0023]图3为本专利技术弹丸及空炮的图像拼接图。
具体实施方式
[0024]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。
[0025]线阵相机相对于面阵相机的优点是一维像元数多，探测距离大，精度高，帧率大，对光源的要求低。随着科学技术和集成工艺的发展，目前线阵相机的扫描速率和分辨率得到了很大的提高，成本也在下降，有着广阔的前景。
[0026]据此，本专利技术提出了一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统及方法。通过正交的线阵相机和较小能量线光源搭建的照相装置来拍摄水下运动弹丸的连续图像，当运动弹丸穿过测量区域时，线阵相机将拍摄的图像信息通过千兆网线输出到站控制器的计算机中，由计算机进行图像处理实现对弹丸及空泡形态的复现，计算水下弹丸的弹道参数，最后发送到总控制器，由总控制器中的计算机拟合出弹丸在整个水下空间中的飞行轨迹。
[0027]步骤一、传感器阵列由线阵相机，线光源，铁架，站控制器组成，安装方式如图1所示，将两台线阵相机安装在正方形铁架的相邻边上，使两台线阵相机的拍摄方向正交，此时，两台相机形成的重叠区为有效靶面，有效靶面的大小可根据铁架宽度及线阵相机视场角来调节，如公式1.1所示，式中x为铁架宽度，α为线阵相机视场角，y为所需正方形有效靶面宽度。
[0028][0029]分别在两台线阵相机的正对面采用线光源产生一字线形激光投向线阵相机。线阵相机相对于面阵相机的优点是一维像元数多，探测距离大，精度高，帧率大，对于线阵相机的选择，可以计算弹丸过靶时间：
[0030]T1＝弹丸长度/过靶速度＝100
×
10
‑3/600＝0.167
×
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于线阵相机的水下弹道参数测试系统，其特征在于，包括多个传感器阵列、触发装置和总控制器，其中：多个传感器阵列平行共轴放置，每个传感器阵列由两台线阵相机、两个线光源、正方形铁架和站控制器组成，两台线阵相机安装在正方形铁架的相邻边上，使两台线阵相机的拍摄方向正交，此时，两台相机形成的重叠区为有效靶面；两个线光源分别在两台线阵相机的正对面，产生一字线形激光投向线阵相机；站控制器由计算机和时序控制器组成，两台线阵相机通过千兆网将采集到的图像传输至站控制器中的计算机，时序控制器通过外触发方式控制线阵相机开始采集；触发装置由红外光幕靶构成，总控制器由总时序控制器和总计算机组成，弹丸向与传感器阵列垂直的方向发射，通过触发装置时，会产生电信号发送到总控制器，由总控制器中的总时序控制器向各个传感器阵列的站控制器中的时序控制器发送信号，启动线阵相机拍摄图像，当弹丸通过每一个传感器阵列时会获取弹丸穿过有效靶面的多帧图像，并实时通过千兆网将图像发送到站控制器，由站控制器中的计算机进行图像处理，得到拼接完成的弹丸和空炮形态图像并计算水下弹丸弹道参数，再发送到总控制器中的总计算机进行数据汇总，模拟水下弹丸飞行轨迹。2.根据权利要求1所述的基于线阵相机的水下弹道参数测试系统，其特征在于，每组传感器阵列单元中，两台相机形成的有效靶面的大小根据铁架宽度及线阵相机视场角来调节，具体如下：式中，x为铁架宽度，α为线阵相机视场角，y为所需正方形有效靶面宽度。3.根据权利要求1所述的基于线阵相机的水下弹道参数测试系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：弯港，徐明杰，顾金良，孔筱芳，罗红娥，夏言，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：