基于图像处理的破片场三维测试方法.pdf
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1、第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:录用日期:作者简介:张见升()男硕士副研究员:.通信作者:李超()男硕士副研究员:.:./.基于图像处理的破片场三维测试方法张见升孙 浩李 超杨雪林胡云飞(.中国兵器工业试验测试研究院 陕西 华阴.南京理工大学 机械工程学院 南京)摘要:针对靶板法人工检靶效率低、人为误差大以及无法实现破片场三维测试的问题利用摄影测量技术提出灰度加权重心法计算破片穿孔位置坐标采用基于单点标志的靶板轮廓识别和编码标志的大范围、位姿改变靶板三维拼接二维坐标到三维空间坐标转换实现了破片场的三维空间测量通过设计试验验证了方法的可靠性结果表明:采用
2、该方法破片尺寸大于 识别率为 且准确获取了破片相对于爆心位置的三维坐标实现了破片场三维测试与人工检靶比较测试效率提高了 倍以上 此结论可为破片战斗部爆炸威力场的精确测试提供技术支撑具有一定的工程应用价值关键词:图像处理破片场三维测试摄影测量重心法本文引用格式:张见升孙浩李超等.基于图像处理的破片场三维测试方法.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.(.):.:引言杀爆战斗部是武器弹药战斗部中应用最广、发展最快最多的战斗部之一 在杀爆战斗部设计中破片的数量、速度、飞散特性等是衡量破片战斗部的作用威力一般采用静态爆轰试验来考核即在战斗部静爆试验场以战斗部为中
3、心的距战斗部一定距离上布置一定角度范围的目标靶板通过爆轰试验对目标靶板毁伤形成的一定数量的破片穿孔或凹坑结果进行统计计算得到相关试验所需的破片数破片分布、破片密度等威力指标从而为战斗部的方案评估设计校验及定型验收环节提供直接依据目前靶板上破片穿孔的检测主要通过人工检测但一般情况下战斗部爆炸半径较大靶板数量大破片穿孔数量多破片穿孔检测工作量较大同时在破片穿孔情况复杂时存在判断标准不统一需要多人共同现场确认给统计带来一定的困难且破片穿孔的状态信息没有保存不能复现破片穿孔的三维位置信息更不利于后续的核查从而影响检测的客观性、准确性和可靠性精确的静爆破片场参数是构建战斗部威力模型的基础也是动爆条件下破
4、片场分布的前提 武江鹏等分析了近年来国内外战斗部爆炸破片群参数测试技术的发展现状总结了各测试方法的优缺点对破片群参数测试技术的发展趋势进行了展望 孔霖等采用射击线法结合破片运动过程的方法计算了动爆时破片在地面的分布统计破片数量依据毁伤准则计算出杀伤半径 张志春等采用仿真软件对全预制破片杀伤战斗部的爆轰驱动过程进行了三维数值模拟采用计算机编程破片飞散速度呈现均匀化而飞散角度呈现离散化的特点 杨云斌等采用数值和分析方法实现了对破片形成、破片飞散、破片作用目标的全过程描述 王林等通给出 炮弹试验方法中没有规定大当量杀伤战斗部的飞散特性测试方法提出了采用矩形靶、型靶布靶方式实现了大当量战斗部的破片飞散
5、特性测试 张龙杰等在三维球坐标系下推导出导弹破片的动态和静态飞散密度的比函数表达式建立了高超音速导弹爆炸破片的杀伤场模型 侯建强等在提出了采用雷达回波模型分析了破片的运动情况只是通过仿真实验验证缺少实际应用吴洪波等在运动去耦为前提的基础上建立破片飞散运动规律模型可以确定战斗部在不同爆炸高度下破片纵向和侧向的最大飞散距离等 他们主要从数值仿真和理论分析的角度去分析破片的飞散和运动情况从测试角度去分析破片场的三维空间分布的较少 本文中在立靶情况下开展破片飞散特性的精确测试和三维空间分布的测量提出采用摄影测量技术实现大范围、位姿改变靶板三维拼接和破片场的三维空间测量为破片战斗部威力模型的构建提供数据
6、支撑为靶场杀爆战斗部破片飞散特性参数精确快速测试提供技术保障 图像处理方法.图像阈值分割利用阈值分割即可将反光标志和编码编制与背景区分出来采用最大类间方差计算阈值 阈值分割是通过计算的阈值 将灰度图像分为目标和背景大于阈值的将其灰度值设为 代表目标小于阈值的将其灰度值设为 代表背景从而将灰度图阈值化为二值图像记 为破片穿孔与靶板的分割阈值破片穿孔像素点数占图像比例为 平均灰度为 靶板像素点数占图像比例为 平均灰度为 图像的总平均灰度为 破片穿孔与靶板图象的方差为 则有:()()()()联立式()、式()可得:()()当方差 最大时标志和靶板差异最大此时的灰度 是最佳阈值.破片穿孔位置坐标计算方
7、法对于亮度不均匀的目标灰度重心法可按目标光强分布求出光强权重质心坐标作为跟踪点也叫密度质心算法 对于一幅 大小的图像 像素的灰度值凡超过阈值 的均参与重心处理于是重心坐标为 ()其中 像素灰度值 像素灰度值 表示第 行的坐标表示第 列的坐标表示第 行第 列的像素值 破片穿孔位置的三维测试.靶板布设场景的三维拼接根据靶板现场情况布设在每块靶板的 个顶点位置处粘贴单点标志(半径为 高折射率圆形玻璃微珠)作为识别靶板形状的特征点见图 左在靶板上粘贴编码标志(个任意排放的单点标志组成具有唯一的编码)见图 右编码标志不在一条直线上作为识别靶板的拼接特征点为多张图像提供拼接依据 从左至右用同一高度测量相机
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