CN106932605B - 一种枪弹弹头运动速度测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种枪弹弹头运动速度测量系统，包括多个图像采集装置、图像处理器和数据处理器；多个图像采集装置的拍摄视场交汇，至少包括视轴夹角大于0度且小于180度的第一图像采集装置和第二图像采集装置；多个图像采集装置用于同时拍摄枪弹弹头运动的图像，并将图像传输给图像处理器；图像处理器用于在图像中识别出枪弹弹头并在图像中确定弹头的二维坐标信息；数据处理器用于根据在同一时刻拍摄的至少两帧图像中弹头的二维坐标信息，计算枪弹弹头在这一时刻的三维坐标信息，并根据弹头在至少两个时刻的三维坐标信息计算枪弹弹头运动的速度。本发明测量系统可应用于对枪弹弹头初速度的测量，与现有方法相比，可提高测量精度和测量准确度。

Description

一种枪弹弹头运动速度测量系统
技术领域
本发明涉及图像应用技术领域，特别是涉及一种枪弹弹头运动速度测量系统。
背景技术
枪弹弹头初速度是指枪弹弹头出膛瞬间的速度，它是研究枪械系统内、外及终点弹道性能，确定、评价和检验枪械系统总体性能的一个重要技术指标。由于弹头出枪口时处于高速运动状态，并且伴随高速、高压、高温的火药燃气、残渣以及复杂的物理化学变化过程，这种恶劣的状态给测量工作带来极大的难度。
现有技术中，一种测量方法是，通过测量弹头在其弹道上飞行一段时间后，根据西亚切阻力定律计算并查表修正间接获得，这种方法存在计算误差问题。另一种测量方法是，根据枪弹着点的位置，在着点区域沿弹道方向布置两个平行测速靶，保证两测速靶的状态一致，根据两测速靶之间的距离以及枪弹两次中靶的时间差，计算枪弹的速度。测速靶通常选用线圈靶、箔靶、铜丝靶等，由于这些测速靶结构复杂，安装时难以保证靶距误差在限定范围内，因此也同样会给测量计算带来较大误差。
由此可见，提供一种枪弹弹头运动速度测量方法，实现对弹头初速度的测量，能提高测量精度和测量准确度，就成为本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种枪弹弹头运动速度测量系统，可实现对弹头初速度的测量，与现有方法相比，可降低测量误差，提高测量精度和测量准确度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种枪弹弹头运动速度测量系统，包括多个图像采集装置、图像处理器和数据处理器；
多个所述图像采集装置的拍摄视场交汇，多个所述图像采集装置至少包括视轴夹角大于0度且小于180度的第一图像采集装置和第二图像采集装置，枪弹弹头以穿过所述第一图像采集装置视轴和所述第二图像采集装置视轴相交所成的平面，通过视场交汇区域；
多个所述图像采集装置用于同时拍摄枪弹弹头运动的图像，并将图像传输给所述图像处理器；
所述图像处理器用于在图像中识别出枪弹弹头并在图像中确定弹头的二维坐标信息；
所述数据处理器用于根据在同一时刻拍摄的至少两帧图像中弹头的二维坐标信息，计算枪弹弹头在这一时刻的三维坐标信息，并根据弹头在至少两个时刻的三维坐标信息计算枪弹弹头运动的速度。
可选地，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置的视轴正交。
可选地，还包括用于标定所述图像采集装置主点到视轴交汇点距离的标定杆，在所述标定杆上设置有具有预设间距的指示灯。
可选地，采用所述标定杆对所述图像采集装置主点到视轴交汇点距离进行标定的方法包括：
将所述标定杆设置在视场交汇区域，所述标定杆与待标定图像采集装置的视轴垂直；
以所述待标定图像采集装置对所述标定杆拍摄图像；
根据拍摄到的图像中标定杆上指示灯的坐标、所述标定杆上指示灯的实际间距、所述待标定图像采集装置的焦距以及所述待标定图像采集装置的像元尺寸，计算所述待标定图像采集装置主点到视轴交汇点的距离。
可选地，由所述数据处理器计算所述待标定图像采集装置主点到视轴交汇点的距离；
所述数据处理器还用于设置所述测量系统的工作参数、工作参数包括所述标定杆上指示灯的预设间距、所述图像采集装置的像元尺寸和镜头焦距。
可选地，所述标定杆的形状为长方体，在所述标定杆沿长度方向相邻的两侧面上设置具有预设间距的指示灯。
可选地，还包括安装架和底座；
所述安装架用于安装所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置，所述安装架为倒置“L”型，在所述安装架的两个支架朝向内侧的一面分别安装所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置；
所述底座用于固定所述安装架。
可选地，所述数据处理器还用于根据各帧图像中枪弹弹头的坐标信息描绘出枪弹弹头的运动轨迹，并输出显示。
可选地，所述数据处理器设置在远程控制中心，通过无线网络与所述图像处理器进行数据传输。
可选地，所述图像采集装置采用高速CCD摄像机。
由上述技术方案可知，本发明所提供的枪弹弹头运动速度测量系统，包括多个图像采集装置、图像处理器和数据处理器，其中，多个图像采集装置的拍摄视场交汇，至少包括视轴夹角大于0度且小于180度的第一图像采集装置和第二图像采集装置。
在测量时，枪弹弹头以穿过第一图像采集装置视轴和第二图像采集装置视轴相交所成的平面，通过视场交汇区域。由各图像采集装置同时拍摄枪弹运动的图像，并将图像传输给图像处理器；图像处理器在图像中识别出枪弹弹头并在图像中确定弹头的二维坐标信息；进一步数据处理器根据在同一时刻拍摄的至少两帧图像中弹头的二维坐标信息，计算枪弹弹头在这一时刻的三维坐标信息，并根据弹头在至少两个时刻的三维坐标信息计算枪弹弹头运动的速度，如此实现对枪弹弹头运动速度的测量。将枪口置于各图像采集装置的视场交汇区域，可实现测量枪弹弹头出枪口时的初速度。
因此，本发明枪弹弹头运动速度测量系统，可实现对枪弹弹头初速度的测量，与现有方法相比，本测量系统受枪种、枪的状态以及现场环境的干扰小，可提高测量精度和测量准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种枪弹弹头运动速度测量系统中图像采集装置的设置示意图；
图2为本发明实施例提供的一种枪弹弹头运动速度测量系统的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种标定杆的示意图；
图4为本发明实施例中采用标定杆测量图像采集装置主点到视轴交汇点距离的方法流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种枪弹弹头运动速度测量系统，包括多个图像采集装置、图像处理器和数据处理器；
多个所述图像采集装置的拍摄视场交汇，多个所述图像采集装置至少包括视轴夹角大于0度且小于180度的第一图像采集装置和第二图像采集装置，枪弹弹头以穿过所述第一图像采集装置视轴和所述第二图像采集装置视轴相交所成的平面，通过视场交汇区域；
多个所述图像采集装置用于同时拍摄枪弹弹头运动的图像，并将图像传输给所述图像处理器；
所述图像处理器用于在图像中识别出枪弹弹头并在图像中确定弹头的二维坐标信息；
所述数据处理器用于根据在同一时刻拍摄的至少两帧图像中弹头的二维坐标信息，计算枪弹弹头在这一时刻的三维坐标信息，并根据弹头在至少两个时刻的三维坐标信息计算枪弹弹头运动的速度。
本实施例中，多个图像采集装置至少包括视轴夹角大于0度且小于180度的第一图像采集装置和第二图像采集装置，并且，测量时需使枪弹弹头以穿过第一图像采集装置视轴和第二图像采集装置视轴相交所成的平面，通过视场交汇区域。这样，能够从二维方向上拍摄到枪弹弹头运动的图像，以便计算枪弹弹头运动的三维坐标信息。
多个图像采集装置同时拍摄枪弹运动的图像，图像处理器在拍摄的图像中识别出枪弹弹头并在图像中确定弹头的二维坐标信息。
数据处理器进一步根据在同一时刻拍摄的至少两帧图像中弹头的二维坐标信息，计算枪弹弹头在这一时刻的三维坐标信息。根据弹头在至少两个时刻的三维坐标信息，计算出枪弹弹头运动的速度。
如果将枪口置于各图像采集装置的视场交汇区域，根据各图像采集装置拍摄的图像，可计算得到枪弹弹头出枪口时的初速度。
因此，本实施例枪弹弹头运动速度测量系统，可实现对枪弹弹头初速度的测量，与现有方法相比，本测量系统实现了非接触式测量，受枪种、枪的状态以及现场环境的干扰小，可降低测量误差，提高测量精度和测量准确度。
下面结合附图及具体实施方式对本实施例枪弹弹头运动速度测量系统进行详细说明。
本实施例提供的枪弹弹头运动速度测量系统，包括多个图像采集装置、图像处理器和数据处理器。
多个所述图像采集装置的拍摄视场交汇，在测量时枪弹弹头通过视场交汇区域，由多个图像采集装置同时拍摄枪弹运动的图像，并将将图像传输给图像处理器。
具体的，可参考图1，多个图像采集装置10至少包括视轴夹角大于0度且小于180度的第一图像采集装置101和第二图像采集装置102，在测量时枪弹弹头以穿过第一图像采集装置101视轴和第二图像采集装置102视轴相交所成的平面，通过视场交汇区域。这样，至少能够从与枪弹运动方向垂直的二维方向上拍摄枪弹弹头运动的图像。
优选的，所述第一图像采集装置101和所述第二图像采集装置102的视轴正交。这种情况下使测量系统结构简单，并且子弹通过视场交汇区域时超出交汇区域的概率小，测量效率高。若第一图像采集装置101和第二图像采集装置102视轴非正交，会导致两个图像采集装置视场重合区域减小，子弹偏离视场交汇区域的可能性大，不能很好保证两个图像采集装置同时拍摄到枪弹。
在一种实施方式中，多个所述图像采集装置10还至少包括视轴与所述第一图像采集装置视轴、所述第二图像采集装置视轴的夹角均为45度的第三图像采集装置。通过第三图像采集装置、第一图像采集装置及第二图像采集装置同时拍摄枪弹弹头的运动图像，可以获得枪弹运动过程中各个不同角度更多的运动信息，根据各图像采集装置拍摄到的图像确定弹头的三维坐标信息，可以使定位和测量更准确。
优选的，本实施例中，图像采集装置可采用高速CCD摄像机，能够高速地采集枪弹在运动过程中的图像。
可参考图2，所述图像处理器11与图像采集装置10连接，图像处理器11对各图像采集装置10传输来的图像进行处理，在图像中识别出枪弹弹头并在图像中确定弹头的二维坐标信息。
所述数据处理器12用于根据在同一时刻拍摄的至少两帧图像中弹头的二维坐标信息，确定枪弹弹头在这一时刻的三维坐标信息。具体的，数据处理器12至少根据第一图像采集装置101和第二图像采集装置102在同一时刻拍摄的图像中弹头的二维坐标信息，交汇计算出在这一时刻弹头的三维坐标信息。
进一步，数据处理器12根据弹头在至少两个时刻的三维坐标信息，并结合各时刻间的时间差，计算枪弹弹头运动的速度。对于测量枪弹弹头初速度，可以根据第一次出现枪弹弹头的这一帧图像，以及枪弹消失前的最后一帧图像，根据两帧图像中弹头的三维坐标信息以及两帧图像间的时间差，计算出枪弹弹头的初速度。
进一步本实施例中，所述数据处理器12还用于根据各帧图像中枪弹弹头的坐标信息描绘出枪弹弹头的运动轨迹，并输出显示，以便于工作人员观察枪弹的运动轨迹。
本实施例中，所述数据处理器12可设置在远程控制中心，通过无线网络与所述图像处理器11进行数据传输。
优选的，在上述内容的基础上，本实施例测量系统还包括用于标定所述图像采集装置10主点到视轴交汇点距离的标定杆13，在所述标定杆13上设置有具有预设间距的指示灯130。可参考图3，图3为本实施例提供的一种标定杆的示意图。所述标定杆13的形状具体为长方体，在所述标定杆13沿长度方向相邻的两侧面上设置具有预设间距的指示灯130。
具体的，可参考图4，采用所述标定杆对所述图像采集装置主点到视轴交汇点距离进行标定的方法包括以下步骤：
S200：将所述标定杆设置在视场交汇区域，所述标定杆与待标定图像采集装置的视轴垂直；
S201：以所述待标定图像采集装置对所述标定杆拍摄图像；
S202：根据拍摄到的图像中标定杆上指示灯的坐标、所述标定杆上指示灯的实际间隔距离、所述待标定图像采集装置的焦距以及所述待标定图像采集装置的像元尺寸，计算所述待标定图像采集装置主点到视轴交汇点的距离。
本实施例测量系统中，由所述数据处理器12计算所述待标定图像采集装置主点到视轴交汇点的距离；所述数据处理器12还用于设置所述测量系统的工作参数、工作参数包括所述标定杆上指示灯的预设间距、所述图像采集装置的像元尺寸和镜头焦距。因此在对图像采集装置主点到视轴交汇点距离进行标定时，将标定杆13设置在视场交汇区域，并与待标定图像采集装置的视轴垂直，然后在数据处理器12中输入标定杆上指示灯的预设间距、图像采集装置的像元尺寸和镜头焦距，则可自动计算出图像采集装置主点到视轴交汇点距离，以便根据此距离并结合在图像中确定的弹头二维坐标信息，计算弹头的三维坐标信息。
本实施例枪弹弹头运动速度测量系统，请参考图1，还包括安装架14和底座15；所述安装架14用于安装所述第一图像采集装置101和所述第二图像采集装置102，所述安装架14为倒置“L”型，在所述安装架14的两个支架朝向内侧的一面分别安装所述第一图像采集装置101和所述第二图像采集装置102；所述底座15用于固定所述安装架14。
以上对本发明所提供的一种枪弹弹头运动速度测量系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种枪弹弹头运动速度测量系统，其特征在于，包括多个图像采集装置、图像处理器和数据处理器；
多个所述图像采集装置的拍摄视场交汇，多个所述图像采集装置至少包括视轴夹角大于0度且小于180度的第一图像采集装置和第二图像采集装置，枪弹弹头以穿过所述第一图像采集装置视轴和所述第二图像采集装置视轴相交所成的平面，通过视场交汇区域，所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置的视轴正交，多个所述图像采集装置还至少包括视轴与所述第一图像采集装置视轴、所述第二图像采集装置视轴的夹角均为45度的第三图像采集装置；
多个所述图像采集装置用于同时拍摄枪弹弹头运动的图像，并将图像传输给所述图像处理器；
所述图像处理器用于在图像中识别出枪弹弹头并在图像中确定弹头的二维坐标信息；
所述数据处理器用于根据在同一时刻拍摄的至少两帧图像中弹头的二维坐标信息，计算枪弹弹头在这一时刻的三维坐标信息，并根据弹头在至少两个时刻的三维坐标信息计算枪弹弹头运动的速度；
还包括用于标定所述图像采集装置主点到视轴交汇点距离的标定杆，在所述标定杆上设置有具有预设间距的指示灯；
采用所述标定杆对所述图像采集装置主点到视轴交汇点距离进行标定的方法包括：
将所述标定杆设置在视场交汇区域，所述标定杆与待标定图像采集装置的视轴垂直；
以所述待标定图像采集装置对所述标定杆拍摄图像；
根据拍摄到的图像中标定杆上指示灯的坐标、所述标定杆上指示灯的实际间距、所述待标定图像采集装置的焦距以及所述待标定图像采集装置的像元尺寸，计算所述待标定图像采集装置主点到视轴交汇点的距离；
所述图像采集装置采用高速CCD摄像机。
2.根据权利要求1所述的枪弹弹头运动速度测量系统，其特征在于，由所述数据处理器计算所述待标定图像采集装置主点到视轴交汇点的距离；
所述数据处理器还用于设置所述测量系统的工作参数、工作参数包括所述标定杆上指示灯的预设间距、所述图像采集装置的像元尺寸和镜头焦距。
3.根据权利要求1所述的枪弹弹头运动速度测量系统，其特征在于，所述标定杆的形状为长方体，在所述标定杆沿长度方向相邻的两侧面上设置具有预设间距的指示灯。
4.根据权利要求1所述的枪弹弹头运动速度测量系统，其特征在于，还包括安装架和底座；
所述安装架用于安装所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置，所述安装架为倒置“L”型，在所述安装架的两个支架朝向内侧的一面分别安装所述第一图像采集装置和所述第二图像采集装置；
所述底座用于固定所述安装架。
5.根据权利要求1-4任一项所述的枪弹弹头运动速度测量系统，其特征在于，所述数据处理器还用于根据各帧图像中枪弹弹头的坐标信息描绘出枪弹弹头的运动轨迹，并输出显示。
6.根据权利要求1-4任一项所述的枪弹弹头运动速度测量系统，其特征在于，所述数据处理器设置在远程控制中心，通过无线网络与所述图像处理器进行数据传输。
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