CN107339919B - 用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统及其测量方法 - Google Patents

用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统及其测量方法，所述摄像系统由激光器、高速CCD相机、外结构框架、FPGA的时序控制器以及上位机组成，其中激光器发出的激光一分为二作为背景光源，通过FPGA的时序控制器控制激光光源和高速CCD相机，激光器发光时，CCD相机开始摄像并保持一定的曝光时间，激光光源多次闪烁，可在同一张照片上得到目标在不同时刻的位置，照相结束后，CCD相机将所成的像经网线传送至上位机。本发明不仅能够最大程度的满足相机视场的要求，而且在得到清晰目标图像的同时降低了对激光光源的能量要求。

Description

用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统及其测量方法
技术领域
本发明属于弹丸飞行状态测试测量技术领域，涉及一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统及其测量方法。
背景技术
摄影测量技术是针对高速或超高速运动目标的性能、飞行姿态等飞行特性的一种重要的非接触式测试方法，在我国常规兵工武器的测试测量中起到十分重要的作用。在以往常用的火花闪光阴影照相系统中，由于采用火花光源为相机的成像提供光源，每次只能拍摄到一次闪光的弹丸图像，光源闪光持续时间长，所成的像模糊量较大，已经无法满足人们对更高精度测量的要求。近年来，随着激光技术的迅速发展，激光作为光源已经被广泛应用，在摄影测量技术领域，将激光器和高速CCD相机相结合，利用激光闪光速度快和高速CCD相机分辨率高、响应速度快等优点，设计了一款数字式靶道阴影照相系统，但该系统只能实现在一张图像上的不同位置形成一对阴影像，而且相机视场受到激光光源限制，对激光器能量的要求也比较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统及其测量方法，其不仅能够实现激光光源多次闪光，而且激光光源对于相机视场没有任何的限制，同时在满足目标图像清晰的条件下降低了对激光光源的能量要求。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统，其特征在于：包括外结构框架、激光器、FPGA的时序控制器以及上位机，所述的外结构框架为四周封闭的框体，外结构框架的相邻两个相垂直的面上分别设置有背景光源面，另外两个相邻面上分别设置有面板，面板的中心设置有高速CCD相机，且两者主光轴相互垂直并交于一点；所述的背景光源面由扩束镜和匀光板组成，所述的扩束镜和匀光板平行设置，通过板连接组成锥形结构，匀光板设置于外结构框架上，所述的激光器为带有光纤分光功能的激光器，将激光器发出的激光一分为二，分别导入两个背景光源面作为背景光源，所述的激光器和两台高速CCD相机分别与FPGA的时序控制器连接，两台高速CCD相机还与上位机连接。
所述的外结构框架为一个长方体框架。
一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统的测量方法为：当弹丸经过触发装置时，给FPGA时序控制器一个触发信号，FPGA的时序控制器按照预先设定的时序分别控制激光器和高速CCD相机，当弹丸到达有效视场时，激光器点亮背景光源面，同时高速CCD相机开始曝光，在高速CCD相机曝光的时间内，激光器多次闪烁，实现在一帧图像上看到多个弹丸像点，经过上位机处理，准确的测量出弹丸的飞行状态参数。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本发明整个装置四周封闭，外界环境对其影响基本可忽略不计；
2、本发明整个背景光源面作为基准为CCD相机提供光源，对相机的视场范围没有限制；
3、本发明在背景光源面上的匀光板，使背景光源发出的光比较均匀，提高了拍摄效果；
4、本发明直接将激光光源作为背景光，减少了激光能量的损失，可在一定程度上降低对激光器能量的要求；
5、本发明中激光光源的亮度可以根据成像清晰度要求进行连续调节。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明背景光源面的结构示意图；
图3是本发明整个摄像装置的平面示意图；
标记说明：1.外结构框架，2.高速CCD相机，3.激光器，4.背景光源面，5.扩束镜，6.匀光板，7.FPGA的时序控制器，8.上位机，9.有效视场。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1：本实施例提供一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统，包括长方体外结构框架1、激光器3、FPGA的时序控制器7以及上位机8，所述的外结构框架1为四周封闭的框体，外结构框架的相邻两个相垂直的面上分别设置有背景光源面4，另外两个相邻面上分别设置有面板；
参见图2：所述的背景光源面4由扩束镜5和匀光板6组成，所述的扩束镜5和匀光板6平行设置，通过板连接组成锥形结构，匀光板6设置于外结构框架1上；
面板的中心设置有高速CCD相机2，且两者主光轴相互垂直并交于一点；
背景光源和高速CCD相机2，形成一个有效的探测视场9；
所述的激光器3为带有光纤分光功能的激光器，将激光器发出的激光一分为二，分别导入两个背景光源面4作为背景光源，所述的激光器和两台高速CCD相机分别与FPGA的时序控制器7连接，通过FPGA的时序控制器设定相应的时序控制，目的是在激光器将背景光光源面点亮的同时高速CCD相机开始工作，两台高速CCD相机还与上位机8连接，在拍摄的过程中能够将拍摄的图像实时的传送到上位机，为后期进行图像处理和理论分析提供保障。
如图3所示，激光器3将发出的激光一分为二，分别导入两个背景光源面作为背景光源，背景光源面是由扩束镜和匀光板组成，将激光器分出的激光接入背景光源面作为高速CCD相机的背景光源，在扩束镜和匀光板的作用下，背景光源发出的光源比较均匀；
两组背景光源和高速CCD相机在外结构框架内形成一定的重合视场，这部分视场是整个摄像测量系统的有效视场9范围。
一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统的测量方法为：当弹丸经过触发装置时，给FPGA的时序控制器一个触发信号，FPGA的时序控制器按照预先设定的时序分别控制激光器和高速CCD相机，当弹丸到达有效视场时，激光器点亮背景光源面，同时高速CCD相机开始曝光，在高速CCD相机曝光的时间内，激光器多次闪烁，能实现在一帧图像上看到多个弹丸像点，经过上位机处理，能够准确的测量出弹丸的飞行状态参数。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统，其特征在于：包括外结构框架（1）、激光器（3）、FPGA的时序控制器（7）以及上位机（8），所述的外结构框架（1）为四周封闭的框体，外结构框架的相邻两个相垂直的面上分别设置有背景光源面（4），另外两个相邻面上分别设置有面板，面板的中心设置有高速CCD相机（2），两个高速CCD相机的主光轴相互垂直并交于一点；所述的背景光源面（4）由扩束镜（5）和匀光板（6）组成，所述的扩束镜（5）和匀光板（6）平行设置，通过板连接组成锥形结构，匀光板（6）设置于外结构框架（1）上，所述的激光器（3）为带有光纤分光功能的激光器，将激光器发出的激光一分为二，分别导入两个背景光源面（4）作为背景光源，所述的激光器和两台高速CCD相机分别与FPGA的时序控制器（7）连接，两台高速CCD相机还与上位机（8）连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统，其特征在于：所述的外结构框架（1）为一个长方体框架。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量弹丸飞行状态的主动式摄像系统的测量方法，其特征在于：所述的测量方法为：当弹丸经过触发装置时，给FPGA的时序控制器一个触发信号，FPGA的时序控制器按照预先设定的时序分别控制激光器和高速CCD相机，当弹丸到达有效视场时，激光器点亮背景光源面，同时高速CCD相机开始曝光，在高速CCD相机曝光的时间内，激光器多次闪烁，实现在一帧图像上看到多个弹丸像点，经过上位机处理，准确的测量出弹丸的飞行状态参数。
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