CN106840397A - 一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法，属于现代烟幕技术领域，涉及到检测烟幕是否形成有效遮蔽、烟幕持续时间、烟幕有效尺寸等效能参数。利用标杆作为背景参照物；利用AOTF声光可调滤波器光谱成像仪采集透过烟幕的标杆光谱图像；利用数据处理终端对采集到的光谱图像进行加权合成，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；根据公式测量烟幕尺寸；根据成像光谱仪拍摄的整个过程来测量烟幕形成时间。相比现有技术，本发明具有计算简便、操作简单、省时省力、效率高的特点。

Description

一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法

技术领域

本发明属于现代烟幕技术领域，特别是涉及到一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法。

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方法是采用测量透过率来评价烟幕遮蔽效能，烟幕透过率测量的方法有很多种，最常见得有单通道测量、多通道测量、逐点测量、单点测量等方法。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方法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方法来解决此类问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为:针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种计算简便、操作简单、省时省力、效率高的一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法。

一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、选取标杆为测量时的背景参照物，并在标杆的外侧壁上涂覆宽度一致的红白相间条纹标识，相邻的条纹间距为H，将标杆固定安装在标杆底座上，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪中的CCD相机采集无烟幕遮挡的背景图像，并得到标杆条纹像的相邻条纹间距为H’，则定标常量A＝H/H’；

步骤二、保持标杆和AOTF声光可调滤波器光谱成像仪的位置不变，在标杆所在的位置释放烟幕，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪中的CCD相机实时采集透过烟幕的标杆光谱图像并传输至数据处理终端，同时CCD相机将采集实时透过烟幕的标杆光谱图像的时间点传输至数据处理终端；

步骤三、数据处理终端将实时采集的透过烟幕的标杆光谱图像进行γ校正，合成真彩图像并通过显示屏中的图像显示界面显示，数据处理终端将合成的真彩图像与无烟幕遮挡的背景图像做差分，获得烟幕对比度，烟幕对比度不大于0.02，判定烟幕形成有效遮蔽，

数据处理终端记录烟幕有效遮蔽的起止时间点，并获得烟幕有效遮蔽的起止时间点的差值并通过显示屏显示，该差值为烟幕有效遮蔽持续时间；

步骤四、数据处理终端通过公式获得烟幕尺寸D并通过显示屏中的数据显示界面显示，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，d为探测器像元尺寸，f为CCD相机的焦距，

式中，L/f＝A＝H/H’，A为定标常量。

所述步骤一中的CCD相机为高速彩色CCD相机。

所述步骤三中的γ校正为对AOTF声光可调滤波器光谱成像仪实时采集的透过烟幕的标杆光谱图像进行加权合成，加权系数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仪中CCD相机的光谱响应频率。

通过上述测量方法，本发明可带来如下有益效果：

本发明一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法利用AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2代替了传统透过率检测方法，提出新的测量方法，利用AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2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。CCD相机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。

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2是一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试系统中烟幕测试工作过程示意图。

图中，1-烟幕、2-AOTF声光可调滤波器光谱成像仪、3-数据处理终端。

具体实施方式

如图所示，测试时，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2持续采集透过烟幕1的标杆光谱图像，在数据处理终端3合成图像与施放烟幕1前采集的无烟幕遮蔽真彩图像进行对比，评价烟幕1是否形成有效遮蔽。

烟幕1的空间几何尺寸为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，d为探测器像元尺寸，f为CCD相机的焦距，

在实际使用过程中，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪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。

利用标杆为测量时提供背景参照物，并在测量烟幕1尺寸进行定标时使用；利用AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2持续采集透过烟幕1的标杆光谱图像；利用数据处理终端3将采集到的光谱图像进行加权合成，形成基于人眼的真彩图像；利用图像输出将合成的图像与施放烟幕1前采集的无烟幕遮挡的背景图像进行对比，以此来评价烟幕1是否形成有效遮蔽；利用数据输出通过公式计算出烟幕1尺寸、烟幕1持续时间等效应参数。

一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、选取标杆为测量时的背景参照物，并在标杆的外侧壁上涂覆宽度一致的红白相间条纹标识，相邻的条纹间距为H，将标杆固定安装在标杆底座上，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2中的CCD相机采集无烟幕遮挡的背景图像，并得到标杆条纹像的相邻条纹间距为H’，则定标常量A＝H/H’；

步骤二、保持标杆和AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2的位置不变，在标杆所在的位置释放烟幕1，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2中的CCD相机实时采集透过烟幕1的标杆的光谱图像并传输至数据处理终端3，同时CCD相机将采集实时透过烟幕1的标杆的光谱图像的时间点传输至数据处理终端3；

步骤三、数据处理终端3将实时采集的透过烟幕1的标杆的光谱图像进行γ校正，合成真彩图像并通过显示屏中的图像显示界面显示，数据处理终端3将合成的真彩图像与无烟幕1遮挡的背景图像做差分，获得烟幕对比度，烟幕对比度不大于0.02，判定烟幕1形成有效遮蔽，

数据处理终端3记录烟幕1有效遮蔽的起止时间点，并获得烟幕1有效遮蔽的起止时间点的差值并通过显示屏显示，该差值为烟幕1有效遮蔽持续时间；

步骤四、数据处理终端3通过公式获得烟幕1的尺寸D并通过显示屏中的数据显示界面显示，烟幕1的空间几何尺寸为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，d为探测器像元尺寸，f为CCD相机的焦距，

式中，L/f＝A＝H/H’，A为定标常量。

所述步骤一中的CCD相机为高速彩色CCD相机。

所述步骤三中的γ校正为对AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2实时采集的透过烟幕的标杆光谱图像进行加权合成，加权系数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仪2中CCD相机的光谱响应频率。

所述步骤一中标杆上涂以红白相间标识，用来定标和判读的参照基准，红白相间标识共17根，试验时等间距排列。

所述步骤一和步骤二中通过AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2采集图像。AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2包括前置光学系统、声光可调滤波器AOTF晶体、压电换能器和CCD相机。待测目标的光通过前置光学系统整形为近平行光，入射到声光可调滤波器AOTF晶体中，利用超声波在声光可调滤波器AOTF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。

所述数据处理终端3实现控制与数据处理设定参数，控制超声波换能器，输出与所需波长对应的超声波频率，作用于声光可调滤波器AOTF晶体，输出单色光谱图像，控制CCD相机采集图像，并对所需的图像进行数据提取、处理。

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仪2只需在400nm～700nm范围工作即可。对AOTF声光可调滤波器光谱成像仪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仪2的CCD相机的光谱响应频率，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1前采集的无烟幕遮挡真彩图像对比，评价烟幕1是否形成有效遮蔽。

测量烟幕尺寸：尺寸测量是以白光帧幅为基础，测量原理如图1所示，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2的焦距为f，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相机的焦距；

AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2采集到场景内的图像，再利用数据处理终端3对采集到的图像进行处理和分析，从而得到图像的面积、几何要素等信息。

对于测量烟幕的持续时间。测量过程示意图如图2所示。在接收到弹药燃烧发烟信号的同时，成像光谱仪开始拍摄成烟的整个过程，同时相机也记录了从信号发出到烟幕形成与时间的对应关系。数据处理终端3记录烟幕有效遮蔽的起止时间点，并获得烟幕有效遮蔽的起止时间点的差值并通过显示屏显示，该差值为烟幕有效遮蔽持续时间。

所述步骤二和步骤三中AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2的前置光学系统为变焦、可调焦光学系统。

所述步骤四中CCD相机为高速CCD彩色相机。

所述步骤五中真彩图像为基于人眼加权合成的真彩图像。

本发明一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法利用AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2代替了传统透过率检测方法，提出新的测量方法，利用AOTF声光可调滤波器光谱成像仪2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。使用时，不需要额外增加复杂的繁重的设备，省时省力，可靠性高，效率高。

Claims (3)

1.一种用于评价可见光烟幕遮蔽效应的测试方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、选取标杆为测量时的背景参照物，并在标杆的外侧壁上涂覆宽度一致的红白相间条纹标识，相邻的条纹间距为H，将标杆固定安装在标杆底座上，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪中的CCD相机采集无烟幕遮挡的背景图像，并得到标杆条纹像的相邻条纹间距为H’，则定标常量A＝H/H’；

步骤二、保持标杆和AOTF声光可调滤波器光谱成像仪的位置不变，在标杆所在的位置释放烟幕，AOTF声光可调滤波器光谱成像仪中的CCD相机实时采集透过烟幕的标杆光谱图像并传输至数据处理终端，同时CCD相机将采集实时透过烟幕的标杆光谱图像的时间点传输至数据处理终端；

步骤三、数据处理终端将实时采集的透过烟幕的标杆光谱图像进行γ校正，合成真彩图像并通过显示屏中的图像显示界面显示，数据处理终端将合成的真彩图像与无烟幕遮挡的背景图像做差分，获得烟幕对比度，烟幕对比度不大于0.02，判定烟幕形成有效遮蔽，

数据处理终端记录烟幕有效遮蔽的起止时间点，并获得烟幕有效遮蔽的起止时间点的差值并通过显示屏显示，该差值为烟幕有效遮蔽持续时间；

步骤四、数据处理终端通过公式获得烟幕尺寸D并通过显示屏中的数据显示界面显示，烟幕空间几何尺寸为D：

$D=\frac{L}{f}(N\·d)$

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，d为探测器像元尺寸，为CCD相机的焦距，

式中，L/f＝A＝H/H’，A为定标常量。

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方法，其特征是：所述步骤一中的CCD相机为高速彩色CCD相机。

3.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方法，其特征是：所述步骤三中的γ校正为对AOTF声光可调滤波器光谱成像仪实时采集的透过烟幕的标杆光谱图像进行加权合成，加权系数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仪中CCD相机的光谱响应频率。