專利名稱：用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置及測量方法
技術領域：
本發(fā)明屬于靶場測試設備技術領域，涉及一種用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置，本發(fā)明還涉及一種用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量方法。
背景技術：
在槍、炮、彈的研制和生產(chǎn)中，彈丸著靶密集度是需要經(jīng)常測試的關鍵參數(shù)，而一般武器系統(tǒng)密集度的測量是通過先對彈丸著靶坐標的測量進而通過相應公式計算而來的。對于單發(fā)武器和低射頻連發(fā)武器，其密集度參數(shù)測量采用現(xiàn)有的各種方法不難進行。而對于多管齊射武器和高射頻轉管武器，其射擊密集度參數(shù)是評估武器殺傷效能和武器本身性能優(yōu)劣的重要指標，在測量其射擊密集度時，往往存在兩發(fā)甚至三發(fā)彈丸同時著靶的情況， 對于此種情況，現(xiàn)有各種測量裝置和方法幾乎無法測量。從概率學角度出發(fā)，三發(fā)以上彈丸同時著靶的情況極少，在實際測量中可以不用考慮。針對彈丸著靶坐標的測量，傳統(tǒng)的方法為木板靶或網(wǎng)靶法。靶板法雖然可靠性高，可以用于多發(fā)彈丸同時著靶情況下的測量，但其安裝不方便，每射擊一組都需要更換靶面，消耗人力和物力，不能識別重孔，不能實時得到測量數(shù)據(jù)，對于連發(fā)射擊不能識別彈序，而且由于手工測量的原因，人為誤差無法消除。針對彈丸著靶的自動化測量設備和方法中，目前常用的有聲學原理的方法、六光幕交匯測量法、網(wǎng)式光幕坐標靶、雙CCD交匯測量法，如文章《線陣CCD技術及其在靶場測試中的應用》，((CCD攝像機交匯測量目標脫靶量布站分析》等。這些方法都存在各自的優(yōu)缺點，但都存在一個共同的問題，即當有兩發(fā)或三發(fā)彈丸同時著靶時，現(xiàn)有系統(tǒng)無法測量。對多發(fā)彈丸同時著靶的情況，有人提出采用三臺黑白線陣CCD相機交匯的方法測量有兩發(fā)彈丸同時著靶情況下的坐標，采用四臺黑白線陣CCD相機交匯的方法測量有三發(fā)彈丸同時著靶情況下的坐標，由于高速CCD相機價格昂貴，所以該方法增加了系統(tǒng)的成本，同時也增加了系統(tǒng)的復雜性?，F(xiàn)有的專利也提出一些方法，但都存在較多的問題，如專利“多管齊射武器彈丸速度與著靶坐標測量裝置與測量方法”提出采用基于六光幕的測量原理，將每一個光幕細分成多個小光幕，實現(xiàn)對多發(fā)彈丸同時著靶情況下坐標的測量，該方法光幕組成復雜，難以實現(xiàn)，當兩發(fā)彈丸同時著靶且著靶位置處于同一個光幕區(qū)間時，系統(tǒng)同樣無法區(qū)分，最終導致無法測量。如專利“雙管齊射武器彈丸飛行速度與著靶坐標測量方法與裝置”提出采用八個探測光幕陣列的方法對雙管武器的彈丸著靶坐標進行測量，該系統(tǒng)裝置和算法特別復雜，實際幾乎無法實現(xiàn)，且無法解決三發(fā)彈丸同時著靶情況下的坐標測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置，解決了現(xiàn)有技術無法有效實現(xiàn)測量2-3發(fā)彈丸同時著靶情況下的坐標測量的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一種用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量方法，解決了現(xiàn)有技術的系統(tǒng)裝置和算法特別復雜，且無法有效解決2-3發(fā)彈丸同時著靶情況下的坐標測量的難題。本發(fā)明所采用的技術方案是，一種用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置，包括三個激光器、彩色線陣CCD相機和投影板，三個激光器、彩色線陣CCD相機均設置在箱體蓋板后面，在箱體蓋板對面設置有投影板，彩色線陣CCD相機和控制與信號處理裝置連接；所述的三個激光器即第一激光器、第二激光器、第三激光器，其中的第一激光器為紅光激光器，紅光激光器波長為650nm ;第二激光器為藍光激光器,藍光激光器波長為405nm ;第三激光器為綠光激光器，綠光激光器波長為532nm ;上述的650nm、405nm和532nm的波長分別與彩色線陣CCD相機中的彩色線陣CCD器件的三基色紅色、藍色和綠色對應一致。本發(fā)明所采用的另一技術方案是，一種用于2發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量方法，利用上述的測量裝置，通過采集彩色線陣CCD相機的圖像數(shù)據(jù)，基于直線相交數(shù)學模型求 解交點坐標，具體步驟如下步驟I、以彩色線陣CXD相機光學鏡頭主點O為原點建立坐標系Χ0Υ，投影板和光學鏡頭的主點O的距離為H，三個激光器發(fā)光點A、B和C位于O點兩側，A的坐標為(XA，O)，B的坐標為(XB，0)，C的坐標為(Xc，0)；步驟2、實彈射擊，兩發(fā)彈丸同時穿越測量光幕面時，第一激光器通過兩個彈丸E1和E2在投影板上留下投影A1和A2 ;第二激光器通過兩個彈丸E1和E2在投影板上留下投影B1和B2 ;第三激光器通過兩個彈丸E1和E2在投影板上留下投影C1和C2 ；彩色線陣CXD相機捕獲彈丸穿越光幕面時在投影板上留下的投影WBpB2XpC2的圖像和彈丸Ep E2自身的圖像，即彈丸在投影板上的投影和彈丸自身分別通過彩色線陣CCD相機的光學鏡頭在彩色線陣CCD器件上成像；步驟3、將彩色線陣CXD器件獲得的圖像根據(jù)650nm、405nm和532nm三種不同的波長進行分離，得到三種圖片，一種是紅光圖片，一種是藍光圖片，一種是綠光圖片；通過以上方法對四種圖像進行識別，進而確定各投影ApAyBpB2'CpCyE1"和E2"在投影板上的位置；步驟4、分別連接點A和A1、點A和A2、點B和B1、點B和B2、點C和C1X和C2形成六條直線八41^4』81』82、01、02，六條直線相互形成的所有交點中，每一個交點最多只有三條直線經(jīng)過，同時只有三條直線經(jīng)過的交點才有可能是彈著點，將這些有三條直線經(jīng)過的交點稱為“疑似彈著點”，這些“疑似彈著點”中，只有兩個為真實的彈著點；再分別連接點O和E1'、點O和E2'，并分別延長至點E1 "和E2"，便可形成直線E1' E1 "和E2' E2",在之前六條直線AA1' AA2, BB1, BB2, CC1, CC2相交形成的“疑似彈著點”中，直線E1' E1"和E2' E2"必然經(jīng)過其中的兩個“疑似彈著點”，這兩個“疑似彈著點”便為真實的彈著點E1和E2，其余“疑似彈著點”為虛假的彈著點；步驟5、彈著點E1和E2的坐標分別為
Xb(Xa-Xa)-Xa(Xbi-Xb)￡l" (Xa-Xa)-(Xbi-Xb);
權利要求
1.一種用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置，其特征在于包括三個激光器、彩色線陣CCD相機(4)和投影板(6)，三個激光器、彩色線陣CCD相機(4)均并排設置在箱體蓋板(5)后面，在箱體蓋板(5)對面設置有投影板(6)，彩色線陣CCD相機(4)和控制與信號處理裝置(7)連接； 所述的三個激光器即第一激光器(I)、第二激光器(2)、第三激光器(3),其中的第一激光器(I)為紅光激光器，紅光激光器波長為650nm ;第二激光器(2)為藍光激光器,藍光激光器波長為405nm ;第三激光器(3)為綠光激光器,綠光激光器波長為532nm ;上述的650nm、405nm和532nm的波長分別與彩色線陣CCD相機(4)中的彩色線陣CCD器件(9)的三基色紅色、藍色和綠色對應一致。
2.根據(jù)權利要求I所述的用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置，其特征在于所述的彩色線陣CCD相機(4)為RGB格式。
3.根據(jù)權利要求I所述的用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置，其特征在于所述的三個激光器均選用扇形一字線半導體激光器。
4.一種用于2發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量方法，其特征在于利用權利要求1、2或3所述的測量裝置，通過采集彩色線陣CCD相機(4)的圖像數(shù)據(jù)，基于直線相交數(shù)學模型求解交點坐標，具體步驟如下 步驟I、以彩色線陣CCD相機(4)光學鏡頭主點O為原點建立坐標系XOY，投影板(6)和光學鏡頭(8)的主點O的距離為H，三個激光器發(fā)光點A、B和C位于O點兩側，A的坐標為(XA, O), B的坐標為(XB, O), C的坐標為(Xc, O)； 步驟2、實彈射擊，兩發(fā)彈丸同時穿越測量光幕面時，第一激光器(I)通過兩個彈丸E1和E2在投影板(6)上留下投影A1和A2 ;第二激光器(2)通過兩個彈丸E1和E2在投影板(6)上留下投影B1和B2 ;第三激光器(3)通過兩個彈丸E1和E2在投影板(6)上留下投影C1和C2; 彩色線陣CCD相機(4)捕獲彈丸穿越光幕面時在投影板(6)上留下的投影A。A2, B1,B2X1X2的圖像和彈丸EpE2自身的圖像，即彈丸在投影板(6)上的投影和彈丸自身分別通過彩色線陣CCD相機(4)的光學鏡頭(8)在彩色線陣CCD器件(9)上成像； 步驟3、將彩色線陣CCD器件(9)獲得的圖像根據(jù)650nm、405nm和532nm三種不同的波長進行分離，得到三種圖片，一種是紅光圖片，一種是藍光圖片，一種是綠光圖片；通過以上方法對四種圖像進行識別，進而確定各投影ApVBpB2'CpCyE1"和E2"在投影板(6)上的位置； 步驟4、分別連接點A和A1、點A和A2、點B和B1、點B和B2、點C和C1X和C2形成六條直線4八1^4』81』82、01、02，六條直線相互形成的所有交點中，每一個交點最多只有三條直線經(jīng)過，同時只有三條直線經(jīng)過的交點才有可能是彈著點，將這些有三條直線經(jīng)過的交點稱為“疑似彈著點”，這些“疑似彈著點”中，只有兩個為真實的彈著點；再分別連接點O和E1'、點O和E2'，并分別延長至點E1 "和E2"，便可形成直線E/ E1"和E2' E2",在之前六條直線AA^AA2'BBpBByCCpCC2相交形成的“疑似彈著點”中，直線E/ E1"和E2' E2"必然經(jīng)過其中的兩個“疑似彈著點”，這兩個“疑似彈著點”便為真實的彈著點E1和E2，其余“疑似彈著點”為虛假的彈著點； 步驟5、彈著點E1和E2的坐標分別為
5.一種用于3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量方法，其特征在于利用權利要求1、2或3中所述的測量裝置，通過采集彩色線陣CCD相機(4)的圖像數(shù)據(jù)，基于直線相交數(shù)學模型求解交點坐標，具體步驟如下 步驟I、以彩色線陣CCD相機(4)光學鏡頭主點O為原點建立坐標系XOY，投影板(6)和光學鏡頭(8)的主點O的距離為H，三個激光器發(fā)光點A、B和C位于O點兩側，A的坐標為(XA, O), B的坐標為(XB, O), C的坐標為(Xc, O)； 步驟2、實彈射擊，三個彈丸同時穿越測量光幕面時，第一激光器(I)通過三個彈丸EpE2和E3在投影板(6)上留下投影A” A2和A3 ;第二激光器(2)通過彈丸三個彈丸E1' E2和E3在投影板(6)上留下投影B2和B3 ;第三激光器(3)通過彈丸三個彈丸Ep E2和E3在投影板(6)上留下投影Cp C2和C3 ； 彩色線陣CCD相機(4)捕獲彈丸穿越光幕面時在投影板(6)上留下的投影Ap A2, A3,的圖像和彈丸EpE2、E3自身的圖像，即彈丸在投影板(6)上的投影和彈丸自身分別通過彩色線陣CCD相機(4)的光學鏡頭(8)在彩色線陣CCD器件(9)上成像；步驟3、將彩色線陣C⑶器件(9)獲得的圖像根據(jù)650nm、405nm和532nm三種不同的波長進行分離，得到三種圖片，一種是紅光圖片，一種是藍光圖片，一種是綠光圖片；通過以上方法對四種圖像進行識別，進而確定各投影A1' A2、A3' B” B2, B3、C1' C2、C3> E1"、E2"和E3"在投影板(6)上的位置； 步驟4、分別連接點A和A1、點A和A2、點A和A3、點B和B1、點B和B2、點B和B3、點C和Q、C和C2、C和C3形成九條直線AA1' AA2、AA3> BB1^BB2, BB3> CC1, CC2, CC3,九條直線相互形成的所有交點中，每一個交點最多只有三條直線經(jīng)過，同時只有三條直線經(jīng)過的交點才有可能是彈著點，將這些有三條直線經(jīng)過的交點稱為“疑似彈著點”，這些“疑似彈著點”中，只有三個為真實的彈著點； 再分另IJ連接點O和E1,、點O和E2'、點O和E3,，并分別延長至點E1"、E2"和E3"，便可形成直線E/ E1"、E2' E2"和E3' E3"，在之前九條直線AApAAyAApBBpBByBBpCQ、CC2、CC3相交形成的“疑似彈著點”中，直線E/ E1^E2' E2"和E3' E3"必然經(jīng)過其中的三個“疑似彈著點”，這三個“疑似彈著點”便為真實的彈著點EpE2和E3，其余“疑似彈著點”為虛假的彈著點； 步驟5、彈著點Ep E2和E3的坐標分別為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量裝置，包括三個激光器、彩色線陣CCD相機和投影板，所述的投影板的投影面相對于彩色線陣CCD相機的鏡頭設置，彩色線陣CCD相機和控制與信號處理裝置連接；三個激光器并排設置于彩色線陣CCD相機的側面，其中三個激光器波長各不相同，分別為彩色線陣CCD相機三基色紅光、藍光和綠光對應的波長。本發(fā)明還公開了利用前述裝置用于2-3發(fā)彈丸同時著靶的坐標測量方法，系統(tǒng)只需要一臺彩色線陣CCD相機，分別配備三個小功率半導體扇形一字線激光器和投影板，即可實現(xiàn)2-3發(fā)彈丸同時著靶情況下的坐標測量。
文檔編號G01B11/00GK102679870SQ20121013007
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者華燈鑫, 李言, 董濤 申請人:西安理工大學