CN106596419A - 一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统 - Google Patents

一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，属于现代烟幕技术领域。该系统以标杆作为背景参照物，也为测量烟幕尺寸时进行定标；前置光学系统、AOTF晶体、压电换能器和CCD相机组成AOTF光谱成像系统，AOTF光谱成像系统持续采集透过烟幕的标杆光谱图像；采集到的光谱图像在数据终端进行加权合成，得到基于人眼阈值的真彩图像，将该真彩图像与释放烟幕前采集的无烟幕遮蔽真彩图像进行对比，评价烟幕是否形成有效遮蔽；通过程序设计计算烟幕尺寸、烟幕尺寸等效能参数。相比现有技术，本发明具有利用AOTF光谱成像系统来代替传统透过率检测系统、实时检测、简单可行、可靠性高的特点。

Description

一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统
技术领域
本发明属于烟幕测试技术领域，特别是涉及一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统。
背景技术
烟幕是一种有效的光电无源干扰物，通过遮蔽干扰使光电扫描，跟踪装备和精确制导武器失去跟踪和攻击的目标。自20世纪60年代以来，很多国家都已陆续使用多种类型的干扰弹、烟幕弹、发烟弹等装备部队，几乎在所有的现代坦克和装甲车上都配有发射装置。在不破坏电力系统的条件下能够阻止仪器对电磁波频谱的正常有效作用，使敌人的侦察制导雷达迷盲，无线电指挥系统失灵，士兵无法准确观察目标。
现代战争中，随着第三代反坦克导弹研制成功。传统的注重坦克前装甲防护的概念已经不再适应，来自坦克侧翼、后方、尤其空中的威胁日益加重。在这种形势下，坦克自卫烟幕不能够只作为消极防护手段，无论在坦克的进攻，撤退，转移中，对敌人的瞄准或火力攻击有着积极干扰和遮蔽防护作用。因此，必须对烟幕的遮蔽性能进行测试。
传统烟幕遮蔽效能检测系统是采用测量透过率来评价烟幕遮蔽效能，烟幕透过率测量系统有很多种，最常见得有单通道测量、多通道测量、逐点测量、单点测量等系统。这些测量方法大多针对点、光通道测量，其中单点和单通道测量的随机性较大，多点或多通道对此有较大的改善，但是，理想的表示烟幕透过率测量系统是能够表示烟幕所在区域各点处得透过率的值。此外，当被遮挡物与烟幕的对比度接近时，烟幕的透过率即使很小，这时候烟幕的遮蔽效果也很好，这就说明用透过率来评价可见光烟幕遮蔽效应不够完善和准确。
综上所述，现有技术当中亟需要一种新的测试系统来解决此类问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种利用AOTF声光可调滤波器光谱成像系统代替传统透过率检测系统、实时检测、简单可行、可靠性高的评价可见光遮蔽效能测试系统。
一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，包括标杆、AOTF声光可调滤波器光谱成像系统、数据处理终端和烟幕，所述标杆固定安装在AOTF声光可调滤波器光谱成像系统的一侧；所述AOTF声光可调滤波器光谱成像系统与数据处理终端连接；所述烟幕位于标杆所在的位置并且烟幕遮挡在标杆与AOTF声光可调滤波器光谱成像系统之间；所述数据处理终端上连接有显示屏。
所述AOTF声光可调滤波器光谱成像系统包括前置光学系统、AOTF晶体、压电换能器和CCD相机，所述AOTF晶体的一侧与前置光学系统相邻，AOTF晶体的另一侧与CCD相机相邻；所述AOTF晶体与压电换能器连接；所述CCD相机与数据处理终端连接。
所述前置光学系统为变焦光学系统。
所述标杆采用锁紧结构固定在标杆底座上，标杆的外侧壁上涂有红白相间条纹，并且条纹的宽度均一致，相邻条纹的间距一致。
所述标杆底座的下部固定安装有万向轮。
所述CCD相机为高速彩色CCD相机。
通过上述设计方案，可带来如下有益效果：
本发明中AOTF声光可调滤波器光谱成像系统代替了传统透过率检测系统，AOTF声光可调滤波器光谱成像系统能有目的地设定工作的光谱波段，可以通过快速实时地选择光谱波长获取目标的多光谱图像。所采集的多光谱图像，在目标的特征光谱波段内可反映目标特性，并分析烟幕遮蔽效能。基于人眼合成的真彩图像，此真彩图像完全符合人眼视觉效果，以此评价可见光烟幕遮蔽效能，更加贴近实际情形。
本发明的通用性、灵活性、适用性都很强，保证测试可靠性高的同时，能够大大提高可见光烟幕遮蔽效能的试验效率，降低人力及设备设施投入成本。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统的组成原理框图。
图2是一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统中AOTF声光可调滤波器光谱成像系统的组成原理图。
图3是一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统中烟幕尺寸测量示意图。
图中，1-标杆、2-AOTF声光可调滤波器光谱成像系统、3-数据处理终端、4-烟幕、201-前置光学系统、202-AOTF晶体、203-压电换能器、204-CCD相机。
具体实施方式
如图所示，一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，其特征是：包括标杆1、AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2、数据处理终端3和烟幕4，所述标杆1固定安装在AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2的一侧；所述AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2与数据处理终端3连接；所述烟幕4位于标杆1所在的位置并且烟幕4遮挡在标杆1与AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2之间；所述数据处理终端3上连接有显示屏。
所述AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2包括前置光学系统201、AOTF晶体202、压电换能器203和CCD相机204，所述AOTF晶体202的一侧与前置光学系统201相邻，AOTF晶体202的另一侧与CCD相机204相邻；所述AOTF晶体202与压电换能器203连接；所述CCD相机204与数据处理终端3连接。
所述前置光学系统201为变焦或可调焦光学系统。
所述标杆1采用锁紧结构固定在标杆底座上，标杆1的外侧壁上涂有红白相间条纹，并且条纹的宽度均一致，相邻条纹的间距一致。
所述标杆底座的下部固定安装有万向轮。
所述CCD相机204为高速彩色CCD相机。
所述数据处理终端3上连接的显示屏上显示数据处理终端3输出的图像和数据。
所述标杆1为测量时提供背景参照物，并在测量烟幕4的尺寸进行定标时使用；所述AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2持续采集透过烟幕4的标杆1光谱图像；所述数据处理终端3将采集到的光谱图像进行加权合成，加权系数即为在对应波段的人眼视觉效率除以AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2的CCD相机204的光谱响应频率，形成基于人眼的真彩图像并通过显示屏显示，通过将合成的图像与施放烟幕前采集的无烟幕遮挡真彩图像进行对比，以此来评价烟幕是否形成有效遮蔽；所述数据处理终端3通过公式计算出烟幕尺寸、烟幕持续时间等效应参数并通过显示屏将数据显示出来。
所述真彩图像为基于人眼加权合成的真彩图像。
如图2所示，待测目标的光通过前置光学系统201整形为近平行光，入射到声光可调谐滤波器AOTF晶体202中，声光可调滤波器采用TeO2作为分光晶体，压电换能器203在TeO2晶体的一端提供超声波，TeO2晶体的另一端添加泡沫状的吸声体，利用超声波在声光晶体中传播时形成体光栅结构，对入射光进行布拉格衍射，从而达到分光效果，并且其超声波频率与衍射光波长一一对应，改变超声波频率即可连续扫描光谱，获得各个波段下的光谱图像；利用CCD相机204作为成像器件，进行光谱图像采集，将采集到的单色光谱信号转化为电信号，输入到数据处理终端3。
数据处理终端3能够实时更新AOTF晶体202对应的射频驱动器的驱动频率值，控制CCD相机204的工作状态，实时显示采集到的光谱图像，同时完成采集数据的接收与存储工作。数据处理终端3可以在单频和扫频两种模式下进行数据采集工作，以实现对单一目标图像和全波段的目标图像序列的采集。目标的特征光谱波段内可以反映目标特性，利用AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2可以很容易得到任一波长处的单色光谱图像，并分析在该波波长处的烟幕遮蔽效果。
人眼能感知的有效光谱范围为400nm～700nm，所以，AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2只需在400nm～700nm范围工作即可。AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2在声波的调制下，可以在CCD相机204每曝光一帧图像时，限制参与成像的光波波长，即每一幅图像仅由一个几个纳米的很窄波段光线形成。通过AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2快速调谐，可以在极短时间内在可见光波段范围内形成多个图像，也相当于把一幅图像在可见光光谱范围分解成了多个分量图像，而这些图像都与成像波段是一一对应的，对AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2获得的各窄带光谱像进行加权合成，加权系数即为在对应波段的人眼视觉效率除以AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2中CCD相机204的光谱响应频率，将各窄带光谱图像如此加权合成后即可得到完全符合人眼视觉效果的“真彩图像”，与施放烟幕前采集的无烟幕遮挡真彩图像对比，当对比度不大于人眼阈值时，认为形成有效遮蔽。评价烟幕是否形成有效遮蔽。
烟幕空间几何尺寸为D：
式中，N为目标所占有的图像像素数；L为测试设备与目标的距离，即工作距；d为探测器像元尺寸；f为CCD相机204的焦距；
只要焦距f和工作距L确定了，就可求出烟幕尺寸D。
在实际使用过程中，AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2的焦距f存在误差，加上测试设备与被测的目标的距离，即工作距L每次测试时都在变化，若每次都要实际测量出L值，其误差会很大，实际操作性很差。由于公式中L/f＝A是常量，A为定标常量，因此可以采用标杆定标的方法在正式测试前对定标常量A进行标定。
标杆1的外侧壁上涂有红白相间条纹，并且条纹的宽度均一致，均为H。在测量烟幕4之前对标杆1进行拍摄，通过软件处理，得到标杆1条纹像的宽度为H’，则定标常量A＝H/H’。标杆1的位置即为烟幕4形成的位置。
尺寸测量是以白光帧幅为基础，测量原理如图3所示，AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2的焦距为f，CCD相机204对应的探测器的像元尺寸为d，被测的目标与相机相距L。对一个矩形H×V目标拍照，在其像面上成像素数为m×n的像，则有：
式中，H为目标的长，V为目标的宽，m为长度方向上像素点个数，n为宽度方向上像素点个数，L为目标与CCD相机的距离，f为AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2的焦距，d为CCD相机对应的探测器的像元尺寸；
在相同的条件下拍摄目标得到的像像素数为N，则烟幕空间几何尺寸为D：
式中，N为目标所占有的图像像素数；L为测试设备与目标的距离，即工作距；d为探测器像元尺寸；f为CCD相机204的焦距；
只要焦距f和工作距L确定了，就可求出烟幕尺寸D。
在接收到弹药燃烧发烟信号的同时，AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2开始拍摄成烟的整个过程，同时CCD相机204也记录了从信号发出到烟幕形成的时间，在烟幕施放的同时直至烟幕完全消散烟幕有效遮蔽的时间，AOTF声光可调滤波器光谱成像系统2拍摄成烟的整个过程，并记录下烟幕持续时间，并传输给数据处理终端3，在数据处理终端3中建立从信号发出到烟幕形成与时间的对应关系，并通过显示屏显示。

Claims (6)

1.一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，其特征是：包括标杆(1)、AOTF声光可调滤波器光谱成像系统(2)、数据处理终端(3)和烟幕(4)，所述标杆(1)固定安装在AOTF声光可调滤波器光谱成像系统(2)的一侧；所述AOTF声光可调滤波器光谱成像系统(2)与数据处理终端(3)连接；所述烟幕(4)位于标杆(1)所在的位置并且烟幕(4)遮挡在标杆(1)与AOTF声光可调滤波器光谱成像系统(2)之间；所述数据处理终端(3)上连接有显示屏。
2.根据权利要求1所述的一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，其特征是：所述AOTF声光可调滤波器光谱成像系统(2)包括前置光学系统(201)、AOTF晶体(202)、压电换能器(203)和CCD相机(204)，所述AOTF晶体(202)的一侧与前置光学系统(201)相邻，AOTF晶体(202)的另一侧与CCD相机(204)相邻；所述AOTF晶体(202)与压电换能器(203)连接；所述CCD相机(204)与数据处理终端(3)连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，其特征是：所述前置光学系统(201)为变焦光学系统。
4.根据权利要求1所述的一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，其特征是：所述标杆(1)采用锁紧结构固定在标杆底座上，标杆(1)的外侧壁上涂有红白相间条纹，并且条纹的宽度均一致，相邻条纹的间距一致。
5.根据权利要求1或4所述的一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，其特征是：所述标杆底座的下部固定安装有万向轮。
6.根据权利要求1或4所述的一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统，其特征是：所述CCD相机(204)为高速彩色CCD相机。
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