何 凱,張 斌,閆鑫龍,孟凡軍,張大舜
(1.中北大學(xué) 電子測試技術(shù)國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,太原 030051;2.中國兵器工業(yè)集團(tuán) 第五五研究所,長春 130000)
高速連發(fā)武器的彈著點(diǎn)坐標(biāo)是衡量連發(fā)武器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。連發(fā)測試過程中,對(duì)于彈著點(diǎn)坐標(biāo)的測量是靶場測試中評(píng)估彈道特性和彈道系數(shù)的重要參數(shù),對(duì)武器系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義[1-3]。目前國內(nèi)外用來測量連發(fā)彈丸坐標(biāo)的主要方法之一是CCD線陣交匯系統(tǒng)。
線陣CCD交匯測試方法主要用到2臺(tái)線陣CCD相機(jī),兩臺(tái)相機(jī)的視角在空中交匯而成虛空立靶,當(dāng)彈丸經(jīng)過視場交匯的空間時(shí),兩臺(tái)線陣CCD相機(jī)可以拍到彈丸的位置信息,根據(jù)該信息即可結(jié)算出坐標(biāo)[4-6]。用線陣CCD進(jìn)行非接觸測試的方法結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高,目前已被廣泛使用[7-12]。而測連發(fā)彈丸坐標(biāo)的傳統(tǒng)方法指相機(jī)一直以最大幀頻持續(xù)拍攝,拍攝完成后處理所有圖像得到所有彈丸坐標(biāo),該方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大并需要對(duì)所有圖像進(jìn)行處理,處理時(shí)間過長[13-16]。
為了滿足連發(fā)武器研制中測量射擊精度的要求,針對(duì)CCD線陣交匯系統(tǒng)中測試彈丸連發(fā)坐標(biāo)時(shí)以最大幀頻連續(xù)拍攝,數(shù)據(jù)量過大而導(dǎo)致處理時(shí)間過長的問題,以及多個(gè)彈丸同時(shí)過靶的問題,本文提出基于多峰值檢測算法和自適應(yīng)閾值的目標(biāo)檢測算法的快速檢測連發(fā)彈丸坐標(biāo)算法,該方法能快速檢測出準(zhǔn)確的連發(fā)彈丸坐標(biāo),大幅縮短處理時(shí)間,并且保證了連發(fā)彈丸坐標(biāo)的正確率,將彈丸過靶信號(hào)與彈丸圖像信息進(jìn)行匹配,排除了連發(fā)過程中因多個(gè)彈丸圖像同時(shí)在一張圖片中引起的錯(cuò)誤識(shí)別的問題。
本文采用雙CCD交匯[17-19]的方法對(duì)過靶彈丸進(jìn)行坐標(biāo)檢測。
將兩臺(tái)線陣CCD布置在同一平面內(nèi)矩形的兩個(gè)底角,該矩形平面即為靶面,當(dāng)彈丸穿過靶面時(shí)兩個(gè)CCD可從兩個(gè)底角捕捉到彈丸的位置信息,再通過布陣的三角形關(guān)系即可得到彈丸的位置坐標(biāo)信息。
如圖1所示,將兩臺(tái)線陣CCD相機(jī)放置于靶面的左右兩側(cè),左側(cè)為CCD1,右側(cè)為CCD2。圖中方形視場交匯區(qū)域即為彈著點(diǎn)測試有效靶面,當(dāng)彈丸通過該區(qū)域時(shí),利用雙目視覺原理可以準(zhǔn)確獲取彈丸的坐標(biāo)信息,兩臺(tái)線陣CCD相機(jī)的焦距分別為f1與f2,線陣相機(jī)光心坐標(biāo)分別為O1(xo1,yo1)和O2(xo2,yo2),相機(jī)與水平線的夾角分別為α1和α2。彈丸在各CCD圖像中所成目標(biāo)像素區(qū)域的中心位置表示為Ai1和Ai2,da為線陣相機(jī)的單個(gè)像元尺寸,利用公式(1)可以準(zhǔn)確獲取彈丸的坐標(biāo)信息(xi,yi)。
圖1 線陣式CCD交匯靶
(1)
觸發(fā)方式采用激光光幕方式進(jìn)行觸發(fā),與天幕靶不同,測試系統(tǒng)的光源選用人造光源,采用半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光,經(jīng)原向反射屏發(fā)射到廣角鏡頭形成探測光幕面,檢測空間中是否有彈丸飛過光幕,大視場角的光學(xué)鏡頭接收匯聚原向反射屏的反射光,光電二極管配合光電調(diào)理放大電路輸出彈丸通過光幕時(shí)的信號(hào),用于啟動(dòng)圖像采集模塊。
多峰值檢測算法需要根據(jù)彈丸的過靶波形信號(hào)來確定彈丸對(duì)應(yīng)的圖像在相機(jī)拍攝的所有圖像中的位置。為了獲取彈丸過靶的波形信號(hào),在傳統(tǒng)雙線陣高速相機(jī)交匯的基礎(chǔ)上,采用90°的“一”字線型半導(dǎo)體激光器配合原向反射屏形成探測光幕,通過大視場角的光學(xué)鏡頭接收會(huì)聚原向反射屏的反射光,選用光電二極管檢測彈丸過靶時(shí)的光通量變化,輸出過靶信號(hào)。保證系統(tǒng)在整個(gè)靶區(qū)內(nèi)都可以有效探測過靶目標(biāo)。
在傳統(tǒng)雙線陣高速相機(jī)交匯立靶系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,使用激光光幕具有抗干擾強(qiáng)、光束整形質(zhì)量好,可靠性高、設(shè)備測試精度高等特點(diǎn);同時(shí)激光光源配合大視場角光學(xué)鏡頭的結(jié)構(gòu)具備有效視場大,成像清晰的優(yōu)勢??梢栽鰪?qiáng)測量光幕的探測和反應(yīng)速度方面的性能,以此達(dá)到系統(tǒng)快速反應(yīng)、測量準(zhǔn)確的特點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。在同一水平線上,放置兩個(gè)線陣CCD相機(jī)和光電轉(zhuǎn)換模塊,線陣CCD相機(jī)拍攝的每一幅圖片都由409 600(10行4 096列)個(gè)像素點(diǎn)組成,兩個(gè)相機(jī)位置處分別放置一個(gè)激光器,激光器發(fā)射出90°的扇形光幕,AC,CD和DB處都放置反射裝置,激光經(jīng)反射裝置反射后在相機(jī)上成像,激光交匯形成光幕面為坐標(biāo)系平面。當(dāng)連發(fā)彈丸通過兩臺(tái)主機(jī)呈45°仰角并分置于同一直線上組成的激光光幕時(shí),彈丸過靶遮擋的光通量變化會(huì)引起兩臺(tái)主機(jī)中光電轉(zhuǎn)換器的電平變化并產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào),觸發(fā)信號(hào)會(huì)被傳遞給主控箱觸發(fā)器模塊;只有觸發(fā)器接收到觸發(fā)信號(hào)時(shí)才會(huì)觸發(fā)CCD相機(jī)進(jìn)行拍攝,而CCD相機(jī)在無彈丸過靶時(shí)是全亮的清晰視界,只有彈丸過靶會(huì)產(chǎn)生阻擋光線的陰影。CCD相機(jī)拍攝的圖像通過TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)依次傳輸至上位機(jī),同時(shí)光電轉(zhuǎn)換模塊產(chǎn)生的電平變化會(huì)被采集卡記錄下來同樣通過TCP協(xié)議傳遞給上位機(jī)。上位機(jī)通過時(shí)序邏輯控制和數(shù)據(jù)處理得到正確的過靶坐標(biāo)并顯示。
圖2 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
作為雙激光交匯測量系統(tǒng)的測量主機(jī),主要功能有:產(chǎn)生激光光幕、檢測過靶信號(hào)、拍攝過靶圖像、產(chǎn)生過靶模擬信號(hào)、產(chǎn)生過靶數(shù)字信號(hào)。以上5個(gè)功能滿足了捕捉、識(shí)別過靶彈丸的所有要求。
按照硬件功能的不同,測量主機(jī)包含光學(xué)收發(fā)模塊、CCD線陣相機(jī)模塊和光電轉(zhuǎn)換模塊組成。CCD相機(jī)模塊主要由CCD線陣高速相機(jī)、固定裝置組成;光學(xué)收發(fā)模塊由廣角鏡頭、激光發(fā)射裝置及配套反射鏡組成;光電轉(zhuǎn)換模塊則負(fù)責(zé)將彈丸過靶產(chǎn)生的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)好的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。
為了在CCD相機(jī)中成清晰并且準(zhǔn)確的過靶圖像,需要全面地評(píng)估鏡頭的各個(gè)性能參數(shù)。激光光幕較為匯聚,彈丸過靶速度快時(shí)間短,所以選擇大口徑廣角光學(xué)鏡頭對(duì)原向反射屏反射回來的激光進(jìn)行匯聚與整理。相機(jī)的焦距是光通過鏡頭精確成像的最小路徑長度,實(shí)驗(yàn)中需要選擇匯聚能力強(qiáng)且焦距短的鏡頭,使其能夠?qū)⒄麄€(gè)視場的光線匯聚在一起,故而選擇24 mm焦距的短焦鏡頭。光圈數(shù)是指焦距f與相機(jī)鏡頭的入射光瞳直徑D的比值。其作用在于調(diào)節(jié)光線入射的多少,改變成像的亮度。測試過程中需要準(zhǔn)確檢測光通量的變化,產(chǎn)生彈丸過靶信號(hào),用于觸發(fā)相機(jī)拍攝彈丸過靶圖片以及對(duì)圖像數(shù)據(jù)的篩選工作,所以要求所選鏡頭具備大通光量,選取F值最小為1.4的大光圈光學(xué)鏡頭。根據(jù)上述分析,選用大光圈定焦光學(xué)成像鏡頭,為了擴(kuò)大有效的探測范圍,需要選擇大廣角鏡頭來收集光線,綜合以上考慮選取84.1°廣角光學(xué)成像鏡頭。
為了形成激光光幕交匯成像,需要形成兩片扇形激光光幕并調(diào)整兩者位置形成交匯靶面。選擇一字型發(fā)射角大的大功率激光器,同時(shí)還需要其發(fā)熱小、體積小、能效比高、工作穩(wěn)定。故此選擇發(fā)散角為90°的高穩(wěn)定半導(dǎo)體激光器。使用原向反射屏可以極大增強(qiáng)激光光線的反射效率,使得原本探測不到、成像不清、區(qū)別度低的靶面區(qū)域得到有效的改良與提高。使得測量主機(jī)在有效靶面內(nèi)靈活探測過靶信號(hào)成為了可能,也使得主機(jī)內(nèi)的高速CCD相機(jī)成像均勻、亮度高、對(duì)比度大。因此在整個(gè)靶面中,測量過靶彈丸的過程中,原向反射屏起到了匯聚光線,輔助成像的效果,增強(qiáng)了探測范圍,提高了過靶信號(hào)的探測靈敏度,增強(qiáng)了CCD相機(jī)的成像信噪比。
如圖3當(dāng)?shù)谝话l(fā)彈丸通過光幕時(shí),光電轉(zhuǎn)換模塊將光通量變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)產(chǎn)生過靶信號(hào),過靶信號(hào)傳遞給觸發(fā)器,觸發(fā)器在收到過靶信號(hào)后,發(fā)送觸發(fā)信號(hào)給相機(jī),相機(jī)開始在設(shè)定的采集時(shí)間內(nèi)連續(xù)拍攝彈丸過靶圖像。采集結(jié)束后上位機(jī)得到多幅待檢測圖像和一段過靶信號(hào)數(shù)據(jù)。對(duì)過靶信號(hào)數(shù)據(jù)使用多峰值檢測算法進(jìn)行處理,得到每發(fā)彈丸對(duì)應(yīng)圖像在數(shù)千幅圖像中的位置,挑選彈丸對(duì)應(yīng)的圖像,再使用自適應(yīng)閾值的目標(biāo)檢測算法求出目標(biāo)的像素坐標(biāo)。最后使用像素坐標(biāo)剔除算法確定該發(fā)彈丸的準(zhǔn)確坐標(biāo)。
圖3 連發(fā)彈丸坐標(biāo)處理方法流程圖
連發(fā)模式需要觸發(fā)器在被首發(fā)彈丸觸發(fā)后產(chǎn)生連續(xù)的觸發(fā)序列。而在精準(zhǔn)測量高速CCD相機(jī)的響應(yīng)延遲后,需要設(shè)計(jì)符合連發(fā)彈丸測量模式的觸發(fā)器。在連發(fā)彈丸測量模式下,兩個(gè)高速相機(jī)CCD1和CCD2均被設(shè)置為外觸發(fā),曝光時(shí)間10 μs,采集頻率18 500 Hz,以10幀圖像組合為一幅圖像,采集一幅圖像時(shí)間為0.54 ms。
觸發(fā)器連發(fā)模式的設(shè)計(jì)目的在于接收到觸發(fā)信號(hào)后使兩個(gè)高速線陣相機(jī)CCD1和CCD2同時(shí)同步以最大幀頻連續(xù)觸發(fā)一定的時(shí)間,并將開始采集的命令傳遞給采集卡,使采集卡開始采集信號(hào),最后將采集結(jié)束的信號(hào)傳遞給上位機(jī)。為給予兩個(gè)高速相機(jī)一定的反應(yīng)時(shí)間,連發(fā)模式采集時(shí)間間隔設(shè)置為0.6 ms。
上位機(jī)依靠TCP/IP協(xié)議與觸發(fā)器模塊進(jìn)行通信,上位機(jī)作為TCP Client會(huì)保留觸發(fā)器模塊的IP地址,觸發(fā)器被設(shè)置為TCP Server接收;觸發(fā)器模塊通過外部中斷接收光電轉(zhuǎn)換模塊傳遞的觸發(fā)信號(hào),只有在一定時(shí)間內(nèi)接收到觸發(fā)信號(hào)才完成一次觸發(fā),否則觸發(fā)器模塊將觸發(fā)信號(hào)清零;觸發(fā)器模塊完成一次觸發(fā)后將同時(shí)給CCD1、CCD2和采集卡傳遞開始采集的信號(hào),CCD1和CCD2將按照采集信號(hào)進(jìn)行圖像采集,采集卡同樣開始接收并記錄光電轉(zhuǎn)換模塊傳遞的模擬信號(hào)。
彈丸坐標(biāo)時(shí),相機(jī)以最大幀頻連續(xù)拍攝圖像,同時(shí)接收變化的過靶信號(hào),其時(shí)序如圖4所示。
圖4 信號(hào)時(shí)序圖
在系統(tǒng)進(jìn)行坐標(biāo)測量時(shí),激光器產(chǎn)生的激光光幕既是測坐標(biāo)光幕,也是外觸發(fā)光幕。當(dāng)有彈丸穿過激光光幕時(shí),產(chǎn)生光通量變化,這些光信號(hào)經(jīng)過原向反射屏反射,并被光學(xué)成像鏡頭匯聚到光電轉(zhuǎn)換器上,光電轉(zhuǎn)換器將探測到的變化的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),最后經(jīng)過峰值保持電路與電壓比較器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),并將該觸發(fā)信號(hào)傳遞給觸發(fā)器同時(shí)將模擬電壓信號(hào)傳遞給高速采集卡。
第一發(fā)彈丸通過光幕觸發(fā)了CCD1和CCD2相機(jī),兩相機(jī)拍攝第一幅圖像并繼續(xù)以最大幀頻連續(xù)拍攝,同時(shí)采集到一個(gè)完整的過靶信號(hào)波形,其波峰值時(shí)刻為t0,由圖可知其波峰值時(shí)刻t0和相機(jī)拍攝時(shí)刻幾乎重合;而第二發(fā)和第三發(fā)彈丸通過光幕時(shí)產(chǎn)生的過靶波形波峰值時(shí)刻分別為t1和t2,而t1和相機(jī)拍攝時(shí)刻有時(shí)間差,t2同樣如此;第i發(fā)彈丸通過光幕時(shí)產(chǎn)生的過靶波形波峰值時(shí)刻為ti,ti和相機(jī)拍攝時(shí)刻有時(shí)間差。由圖2可知,第一發(fā)彈丸的波峰值時(shí)刻和相機(jī)的拍攝時(shí)刻重合;一個(gè)波峰值時(shí)刻僅能對(duì)應(yīng)在一張相機(jī)圖像上,第i發(fā)彈丸的過靶時(shí)刻可以對(duì)應(yīng)相機(jī)拍攝的第m張圖片。
為了得到所有彈丸的波峰值時(shí)刻,同時(shí)得到該發(fā)彈丸在拍攝的多幅圖像中的唯一對(duì)應(yīng)位置,本文提出了針對(duì)過靶數(shù)據(jù)的多峰值檢測算法,在大于指定閾值的區(qū)間內(nèi)尋找波峰最大值,其流程如圖5。
圖5 多峰值檢測算法流程圖
而彈丸的波峰值時(shí)刻也就是彈丸的過靶時(shí)刻,引入指定閾值并遍歷整個(gè)數(shù)據(jù),在所有相鄰的兩指定閾值間找出波峰值的時(shí)刻。公式如(2)。
(2)
其中:Vlres(t)和Vrres(t)為相鄰的兩個(gè)幅值等于指定閾值的幅值點(diǎn),V(t)是Vlres(t)和Vrres(t)范圍內(nèi)的所有幅值點(diǎn),其中最大的幅值點(diǎn)就是波峰值Vp。為得到所有彈丸波峰值時(shí)刻,遍歷數(shù)據(jù)時(shí)持續(xù)將左邊界Vlres(t)和右邊界Vrres(t)隨數(shù)據(jù)后移即可。將t0記為第一發(fā)彈丸的波峰值時(shí)刻,ti記為第i發(fā)的波峰值時(shí)刻。遍歷整個(gè)過靶信號(hào)數(shù)據(jù)后得到所有彈丸的波峰值后,繼續(xù)計(jì)算彈丸所在圖像位置。以第i發(fā)過靶彈丸所在的圖像位置為例。
(2)
如公式(2),相鄰圖像之間間隔為相機(jī)以最大幀頻拍攝的時(shí)間間隔記為Δttri,所在圖像位置為第m幅,m為四舍五入的整數(shù)。因?yàn)閙是個(gè)約數(shù),根據(jù)冗余原則,將第m-1、m、m+1張三張圖像依次拼接,合為一張組合圖像。然后使用下文中自適應(yīng)閾值的目標(biāo)檢測算法對(duì)其處理得到目標(biāo)的像素坐標(biāo)。
在對(duì)采集到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)可以發(fā)現(xiàn),整個(gè)圖像的背景具有縱向整齊,非彈丸部分規(guī)則的特點(diǎn);而彈丸著靶點(diǎn)圖像如圖6,當(dāng)彈丸穿過激光光幕時(shí),該部分激光被遮擋,映射到相機(jī)探測面內(nèi)會(huì)產(chǎn)生黑色光斑,與背景灰度值差異明顯,但彈丸形狀因著靶速度與圖像位置差異較大。根據(jù)以上分析,選擇使用形狀處理與自適應(yīng)閾值的灰度重心法結(jié)合的方式來處理圖像。
圖6 彈丸過靶圖像
在對(duì)第i發(fā)彈丸的合成圖像進(jìn)行處理時(shí),需要對(duì)圖像中是否有彈丸和有幾個(gè)彈丸進(jìn)行檢測。算法流程分為背景處理和自適應(yīng)閾值的灰度重心法兩部分,如圖7所示。
圖7 算法流程圖
背景處理:首先,在拍攝目標(biāo)圖像前會(huì)先拍攝一幅無彈丸目標(biāo)的背景圖像,灰度模式讀入背景圖像和目標(biāo)圖像;然后將背景圖像灰度值反轉(zhuǎn)并與目標(biāo)圖像融合,得到了以縱向背景和彈丸邊緣消減后的處理后圖像。
自適應(yīng)閾值的灰度重心法:由于彈丸著靶與圖像背景所成像的灰度值差異巨大,利用灰度重心法[20-23]計(jì)算出圖像中灰度值權(quán)重大的質(zhì)心坐標(biāo),把它作為重心點(diǎn)。將處理后圖像以某一自適應(yīng)閾值M進(jìn)行二值化并灰度反轉(zhuǎn),尋找輪廓域。如果輪廓域?qū)ふ沂?,那么需要降低自適應(yīng)閾值后再重復(fù)上一步驟,直到尋找到多個(gè)目標(biāo)的n個(gè)輪廓域,將之記為Sn,表示彈丸成像目標(biāo)像素區(qū)域。
(3)
(4)
在Sn中光斑重心的坐標(biāo)位置為(x,y)如公式(3)和(4),灰度值為K(i,j),權(quán)值為W(i,j),如公式(5),M為閾值:
(5)
當(dāng)處理第一發(fā)彈丸時(shí),如圖2中所示第一發(fā)彈丸波峰值時(shí)刻與相機(jī)拍攝時(shí)刻重合,第一張圖片必有彈丸目標(biāo)。最低閾值由第一張圖片確定,一旦自適應(yīng)閾值M在高于最低閾值情況下沒有檢測到彈丸目標(biāo),則圖像中必?zé)o彈丸目標(biāo)。反之,則圖像中有彈丸目標(biāo),并將得到的所有像素坐標(biāo)保存并繼續(xù)處理。
如圖8所示,圖像為第i發(fā)彈丸圖像的灰度圖像,可以看到圖像中檢測出兩個(gè)彈丸目標(biāo),這是由于前一發(fā)已被計(jì)算過坐標(biāo)的彈丸太過接近第i發(fā),導(dǎo)致定位在同一幅組合圖像上;圖9為處理后的灰度圖像,黑色為處理后的背景,白色部分是檢測出的彈丸的位置,二值化后兩彈丸亮度突出。整個(gè)檢測過程0.12 s,共檢測出彈丸A(514,7)和彈丸B(1331,6)兩個(gè)像素坐標(biāo),整個(gè)圖片由10行像素構(gòu)成,每一行有4 096個(gè)像素,彈丸A位于第514列、第7行彈丸B位于第1 331列,第6行。為了準(zhǔn)確識(shí)別出彈丸A和彈丸B到坐標(biāo)中哪一發(fā)是第i發(fā)彈丸的坐標(biāo),需要使用像素坐標(biāo)剔除算法進(jìn)行處理,再輸出正確的第i發(fā)彈丸的像素坐標(biāo)。
圖8 第i發(fā)彈丸過靶灰度圖
圖9 第i發(fā)彈丸處理后灰度圖
在連發(fā)的測試過程中,兩發(fā)彈丸間距很小,相機(jī)拍攝的過程中將兩發(fā)彈丸同時(shí)記錄到同一張圖像中,所以對(duì)第i發(fā)彈丸對(duì)應(yīng)的圖像處理后得到了兩個(gè)像素坐標(biāo)(x1,y1)和(x2,y2),需要從圖片中確定第i發(fā)彈丸對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)。相機(jī)從第一發(fā)過靶時(shí)開始拍攝,根據(jù)過靶信號(hào)波形可以得到第i發(fā)彈丸與第m張圖片對(duì)應(yīng)。僅定位到第m張已經(jīng)不足以分辨哪一個(gè)像素坐標(biāo)才是第i發(fā)彈丸的。因此為了得到最接近計(jì)算中第i發(fā)彈丸的像素坐標(biāo),必須定位的更加精準(zhǔn),定位到圖片中的第m行,定位公式如(6)。
(6)
相鄰圖像之間間隔為相機(jī)以最大幀頻拍攝的時(shí)間間隔記為Δttri,所在圖像位置為第m幅,將上述公式中m的小數(shù)部分mfrac單獨(dú)取出,Δttri為上文中相機(jī)的觸發(fā)間隔,n為未組合前單幅圖像的行數(shù),mres代表第i發(fā)彈丸定位位置應(yīng)在組合圖像的第幾行,而該圖像是組合后的圖像所以要加上m-1幅圖像上的n行。
兩個(gè)y軸坐標(biāo)y1,y2哪一個(gè)距離定位位置mres更近,哪一個(gè)就是第i發(fā)彈丸的準(zhǔn)確像素坐標(biāo),并將按y軸排序后的該組像素坐標(biāo)進(jìn)行空間變換得到第i發(fā)的最終坐標(biāo)。而整個(gè)像素坐標(biāo)剔除算法如圖10所示。
圖10 像素坐標(biāo)剔除算法流程圖
為了系統(tǒng)評(píng)估本文提出的方法處理速度方面的優(yōu)越性,共進(jìn)行了4組對(duì)照實(shí)驗(yàn),在5 s內(nèi)分別發(fā)射5發(fā)、10發(fā)、15發(fā)、20發(fā)連發(fā)彈丸,每組實(shí)驗(yàn)的過程中線陣CCD相機(jī)5 s內(nèi)共拍攝6 500張圖片。使用本文提供的方法和傳統(tǒng)方法相比,其中,傳統(tǒng)方法為利用相機(jī)最大幀頻持續(xù)拍攝,拍攝完成后對(duì)所有圖像進(jìn)行批量處理,進(jìn)而得到所有彈丸坐標(biāo)。針對(duì)傳統(tǒng)方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大的問題,利用本文的方法先對(duì)圖片進(jìn)行篩選,縮小數(shù)據(jù)量再對(duì)圖像中的彈丸位置進(jìn)行處理,最后在得到正確坐標(biāo)的前提下統(tǒng)計(jì)了各組實(shí)驗(yàn)的處理時(shí)間,得到如表1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
從表1中可以看出,本文提供的方法大幅提高了連發(fā)坐標(biāo)的處理速度,與傳統(tǒng)方法相比處理速度明顯提高,工作效率高。并且對(duì)于測試連發(fā)武器時(shí),由于彈數(shù)和射頻很高,導(dǎo)致圖像中存在多發(fā)彈過靶的圖像信息,在這種情況下本文的方法也能將正確的坐標(biāo)處理出來。
表1 方法結(jié)果對(duì)比表
針對(duì)傳統(tǒng)CCD立靶連發(fā)坐標(biāo)處理時(shí)間長的問題,本文提出一種連發(fā)彈丸坐標(biāo)處理方法,采用激光光幕配合原向反射屏形成光電探測靶面,光電轉(zhuǎn)換模塊檢測光通量變化產(chǎn)生彈丸過靶信號(hào),多峰值檢測算法根據(jù)過靶信號(hào)波形篩選出每一發(fā)彈丸對(duì)應(yīng)的過靶圖像,使用自適應(yīng)閾值的彈丸檢測算法對(duì)圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測得到彈丸像素坐標(biāo)。當(dāng)該圖像檢測出多個(gè)坐標(biāo)時(shí),使用像素坐標(biāo)剔除算法去除錯(cuò)誤的像素坐標(biāo),保證最終得到準(zhǔn)確坐標(biāo)。該方法能在保證連發(fā)彈丸坐標(biāo)正確率的情況下大幅提高處理速度,工作效率高,適用于連發(fā)武器的坐標(biāo)參數(shù)測試。