CN101922913A - 单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置与测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置与测试方法。目前常用的测量方法有有形靶板测量、声学原理靶、多光幕交汇测量法、网式光幕坐标靶和双CCD交汇测量法等，而以上方法都存在着各自的诸如人物误差大、易受外界环境干扰、测试电路及系统复杂等弊端。多本发明将线激光器设置为扇形一字线型，两个激光器对称设置于线阵相机的两侧，且相对于线阵相机的镜头主光轴对称，投影板的投影面相对于线阵相机的镜头设置；再通过采集线阵相机的图像数据，基于直线相交数学模型求解交点坐标。本发明测量原理简单，易于实现工程化；灵敏度较高，可以测量口径较小的弹丸；本装置可以应用于室内或室外且便于防护，使用灵活。
Description
技术领域
本发明属于靶场测试技术领域，主要涉及一种测量小口径弹丸着靶坐标的线阵相机测量装置，特别涉及一种单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置与测试方法。
背景技术
在枪、炮、弹的研制和生产中，弹丸着靶坐标是需要经常测试的关键参数。通过着靶坐标进一步计算所得到的准确度、密集度指标是衡量武器性能优劣的一项重要指标，准确度、密集度的好坏直接关系到有效射击距离内命中概率的高低。目前常用的测量方法有有形靶板测量、声学原理靶、多光幕交汇测量法、网式光幕坐标靶、双CCD交汇测量法。
靶板法是根据试验规程要求在弹道规定的位置上，竖立木板或纱网，一组射击完毕，用手工测量靶板上弹孔的位置。靶板法虽然可靠性高，但材料消耗多，安装不方便，不能识别重孔，费时费力，不仅不能做到实时数据处理，而且由于手工测量的原因，人为误差无法消除。
声学原理立靶虽能实现弹丸着靶坐标的测量，但由于其受测量环境影响较大，如现场的气压和环境温度等，声学立靶测量结果误差较大。
多光幕交汇测量法包括四光幕交汇法和六光幕交汇法。四光幕交汇测试系统是将用光幕靶或天幕靶形成的四个光幕以特定的位置和角度布置在空间，当弹丸从光幕穿过，用测时仪或数据采集仪记录弹丸穿过四个光幕的时刻，依据四个时刻值和光幕的空间位置参数便可计算出弹丸穿过光幕的位置坐标。该方法要求弹丸垂直入射预定靶面，当不垂直时，采用的测算公式计算出的坐标值与实际相差较大。六光幕交汇测试系统是在原有四光幕交汇立靶基础上，通过增加两光幕面实现对斜入射弹丸速度、速度方向空间角度和着靶位置坐标多参数的自动化测试的系统，该系统成功解决了四光幕交汇立靶对斜入射弹道弹着点和速度测不准的不足。但多光幕测量方法在用于室内弹丸坐标测量时，需要配备多个较为复杂的光源，系统较为复杂。
网式光幕坐标靶利用多个发光器件和与之对应的半导体接收器件阵列组成网格式光幕，当弹丸过靶时遮住相应的光线，形成通断信号，相应的接收器接收到信息，经过实时处理，确定坐标位置。该技术国内外都有相关研究，相关国内专利有200810017553.2、200710019000.6等，美国专利有：US3727069、US4267443、US005988645、US005577733等。这种测试方法需要较多的光电探测器件和与之对应的信号处理电路，电路设计复杂。
双CCD交汇立靶测量系统是近年来迅速发展起来的一种非接触式测量技术，由于CCD立靶具有结构简单、使用方便、测量精度高、实时性强和自动化程度高等诸多优点，所以双CCD交汇立靶在国内靶场普遍使用。现有双CCD交汇立靶在用于室外小口径弹丸测量时，存在灵敏度低的缺点。为了克服这个问题，有单位采用高亮度激光作为主动光源，当弹丸穿越探测靶面时将部分光线反射，被CCD相机探测，但仍然存在着以下问题：该方法要求光源有很强的亮度，即光源的功率较大，使得系统需要增加较为复杂和笨重的冷却设备，每次试验搬运和布靶费时费力；而且当双CCD立靶在室内使用时，每台CCD相机同样要分别配备两列光源，使得系统较为复杂。
本发明人对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。
发明内容
本发明要提供一种室内使用的单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置与测试方法，以克服现有技术存在的系统复杂且笨重的问题。
本发明采用以下技术方案来实现：一种单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置，由线激光器、线阵相机和投影板组成，所述线激光器是扇形一字线型，两个激光器对称设置于线阵相机的两侧，且相对于线阵相机的镜头主光轴对称，投影板的投影面相对于线阵相机的镜头设置。
上述线阵相机是CCD相机或CMOS相机。
上述线激光器是半导体激光器。
上述装置提供的室内弹丸坐标测试方法，其特征在于：通过采集线阵相机的图像数据，基于直线相交数学模型求解交点坐标，具体步骤如下：
一．以线阵相机镜头的主点O为原点建立坐标系XOY，投影板和线阵相机主点O的距离为H，激光器发光点A和B以原点对称，A、B点的坐标分别为（ 
，0）（
，0）；
二． 实弹射击，弹丸穿越测量光幕面，线阵相机捕获弹丸穿越光幕面时在投影板上留下的投影，根据相机的图像数据测量弹丸在投影板上的投影点C和D对应的坐标（
，H）（
，H）；
三．根据系统坐标测量公式计算出弹着点坐标：
四．得到计算结果
和
。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、 与双CCD立靶测量装置相比，只需要一台线阵相机，再配备两台小功率半导体激光器和投影板即可实现弹丸着靶坐标的测量，大大简化了系统，并降低了系统成本，具有测量原理简单，易于实现工程化的特点。
2 、由于采用相机探测弹丸通过靶面时遮挡住扇形激光光幕的投影点坐标，进而计算弹着点坐标，而不是采用传统的通过弹体遮挡或反射激光光线的方法，所以系统可以达到较高的灵敏度，可以测量口径较小的弹丸。
3 、在室内使用时，方式灵活:可以将投影板安装在天花板上，相机和激光光源安装在地面以下，测量装置很难被弹丸击中，便于防护，使用灵活。
4、本装置可以应用于室内或室外，更适宜在室内应用。
附图说明：
图1是本发明的装置结构示意图；
图2是本发明弹丸着靶坐标计算方法示意图。
附图标记说明如下：
1-线激光器，2-线阵相机，3-投影板，4-支撑架，5-箱体，6-箱体盖板，7-控制与信号处理装置。
具体实施实例
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。
参见图1， 一种室内使用的单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置，由线激光器1、线阵相机2和投影板3组成，所说的两个激光器对称设置于线阵相机2的两侧，投影板3的投影面相对于线阵相机2的镜头设置。
所说线阵相机2形成的光幕视场和两个激光器1的光幕相互重合，激光器1发出的光线投射在投影板上；所述激光器1的光束结构为扇形一字线，扇形的原点为激光器出光口点；所说投影板3的投影面宽度不小于激光器扇形光幕的宽度和线阵相机的视场的宽度，长度方向覆盖整个线阵相机的视场。
本实施例中提供的辅助配件包括箱体5和支撑架4，箱体盖板安装在箱体5上。本装置中所说的两个激光器1和线阵相机2被安装在箱体盖板6上，激光器位于线阵相机的两侧，并相对于线阵相机镜头主光轴对称，箱体对线阵相机和激光器起到支撑和保护的作用。所说的箱体5被固定在支撑架4底部中央，投影板3设置于支撑架的上方。整个装置形成一个整体，便于搬运和使用。
参见图2，以线阵相机镜头的主点O为原点建立坐标系XOY，投影板3和线阵相机主点O的距离为H，激光器发光点A和B以原点对称，弹丸从E点穿过探测靶面，在投影板上的投影点分别为D和C，设A、B、C、D、E点的坐标分别为（
，0）（
，0）（，H）（
，H）（
，
）。
本发明所提供的基于装置的室内弹丸坐标测试方法，是通过采集线阵相机的图像数据，基于直线相交数学模型求解交点坐标，在本实施例中，采用控制与信号处理装置7来进行数据的采集和处理，控制与信号处理装置7和线阵相机2相连，具体步骤如下：
一．以线阵相机镜头的主点O为原点建立坐标系XOY，投影板3和线阵相机主点O的距离为H，激光器发光点A和B以原点对称，A、B点的坐标分别为（
，0）（
，0）；
此时测试装置上电启动工作，将系统参数H、
、事先人工输入控制与信号处理装置7中的计算机；
二． 实弹射击，弹丸穿越测量光幕面，线阵相机捕获弹丸穿越光幕面时在投影板上留下的投影，根据相机的图像数据测量弹丸在投影板上的投影点C和D对应的坐标（
，H）（
，H）；
三． 计算机进一步根据系统坐标测量公式计算出弹着点坐标：
四、计算机显示和存储计算结果
和
。
Claims (4)
1.一种单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置，其特征在于：由线激光器（1）、线阵相机（2）和投影板（3）组成，所述线激光器（1）是扇形一字线型，两个激光器对称设置于线阵相机（2）的两侧，且相对于线阵相机（2）的镜头主光轴对称，投影板（3）的投影面相对于线阵相机（2）的镜头设置。
2.根据权利要求1所述的单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置，其特征在于：所述线阵相机（2）是CCD相机或CMOS相机。
3.根据权利要求1或2所述的单线阵相机弹丸着靶坐标测量装置，其特征在于：所述线激光器（1）是半导体激光器。
4.根据权利要求1所述装置的测试方法，其特征在于：通过采集线阵相机的图像数据，基于直线相交数学模型求解交点坐标，具体步骤如下：
一．以线阵相机镜头的主点O为原点建立坐标系XOY，投影板（3）和线阵相机（2）主点O的距离为H，激光器发光点A和B以原点对称，A、B点的坐标分别为（ ，0）（，0）；
二． 实弹射击，弹丸穿越测量光幕面，线阵相机捕获弹丸穿越光幕面时在投影板上留下的投影，根据相机的图像数据测量弹丸在投影板上的投影点C和D对应的坐标（
，H）（
，H）；
三．根据系统坐标测量公式计算出弹着点坐标：
四．得到计算结果
和
。
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