CN108896017B - 一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法 - Google Patents

一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，其具体包括根据破片群的位置布置三个光场相机，建立近炸破片群散布解算模型；利用数字重聚焦技术，对遮挡、重合的多个破片目标进行分辨识别，获取破片目标图像坐标；结合破片目标经过数字重聚焦后的图像坐标，确定空间破片与各个相机光轴之间的夹角；基于双目视觉原理，对两两交汇的相机进行分析，根据空间几何关系计算出破片在预定平面的空间位置坐标参数等步骤。本发明给出比较形象的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，为新型目标毁伤计算与分析提供有效的理论依据。

Description

一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法
技术领域
本发明涉及光电测试技术领域，尤其涉及一种弹丸近炸破片群位置参数测量和计算方法。
背景技术
在实际作战环境中，破片是武器对目标的主要毁伤手段，破片能否有效毁伤目标与破片打击目标时的空间位置密切相关，因此，弹丸近炸破片的散布参数是目标毁伤计算的重要参数和分析毁伤评价体系的有效理论依据。
现有的研究也提出一些目标位置参数的装置与测量方法，具体包括光幕靶测试系统、声靶测试系统以及多CCD交汇测试系统等；光幕靶一般采用一体靶架式结构，采用阵列式光电发射接收原理对目标位置进行测量，当多目标经过探测区时，光幕靶很难进行匹配识别，另外，其装置受结构影响，靶面不能设置较大，因此难以对破片群散布参数进行分辨测试；多CCD交汇测试系统利用多个线阵CCD构成多个靶面，利用时空匹配的方法对多目标散布参数进行测试，但当测试多个破片目标时，多个线阵CCD无法分辨识别重合的破片目标，容易漏测，无法满足高精度测试散布参数的要求；声靶采用声阵列传感器对目标位置进行测量计算，当多个目标同时着靶时，多个目标的声波同时到达传感器，此时声靶无法从信号中分辨多目标的信息，因此同样无法满足破片群散布参数测试的要求；综上所述，现有的专利与文献中提供的目标位置测量装置与计算方法均无法分辨遮挡、重合的多个碎片，迫切需要一种满足近炸破片群散布参数测试要求的测量与计算方法。
发明内容
本发明提供一种弹丸近炸破片群位置参数测量和计算方法，用以解决现有技术中存在的技术问题。
本发明一方面提供一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，其具体包括以下步骤：
步骤1：根据破片群的位置，布置三个光场相机，根据三个光场相机布置参数，建立基于三个面阵CCD相机的近炸空间破片散布解算模型；
步骤2：利用数字重聚焦技术，对遮挡、重合的多个破片目标进行分辨识别，获取破片目标的图像坐标；
步骤3：结合破片目标经过数字重聚焦后的图像坐标，确定空间破片与各个光场相机的光轴之间的夹角；
步骤4：当破片目标经过探测区域时，利用重聚焦解算目标图像坐标参数模型；基于建立的近炸空间破片散布解算模型，依据双目视觉原理，对两两交汇的光场相机进行分析，根据空间几何关系计算出破片在主坐标系下与从坐标系下的空间位置坐标参数；依据三个坐标系下的空间位置参数，根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行破片群匹配；
步骤5：取三个坐标系下的空间位置坐标平均值，获取破片目标的空间位置。
优选地，在步骤1中，包括以下步骤：
步骤S11，采用三个光场相机，且三个光场相机都具有满足测试要求的高帧频，将其布置到三角形的三个顶点，且使三个光场相机的视场交汇于探测区域；
步骤S12，对三个光场相机中两两一组进行校平；
步骤S13，测量每一组光场相机校平后的角度值αa1、αa3、αb1、αb2、αa2、αb3；
步骤S14，测量三个光场相机光学系统的俯仰角数值ε1、ε2、ε3；
步骤S15，测量每两个光场相机的光学镜头之间的距离d1、d2、d3；依据建立的破片空间位置解算模型，在炮口处设置外部触发源，当触发源探测火光时，三个光场相机同步触发采集图像,；
步骤S16，建立主坐标系，具体地，以第一光场相机和第三光场相机的中心连线S1S3为X轴，S1为原点，构成主坐标系XOY；
步骤S17，建立两个从坐标系，其中，以第一光场相机和第二光场相机的中心连线S1S2为X'轴，S1为原点O'，构成第一从坐标系；以第二光场相机和第三光场相机的中心连线S2S3为X”轴，S2为原点O”，构成第二从坐标系；其中，主坐标系与第一从坐标系的夹角为δ1，主坐标系与第二从坐标系的夹角为δ3，第一从坐标系与第二从坐标系的夹角为δ2，其中，δ1＝αb1-αa1，δ2＝αb2-αa2，δ3＝αb3-αa3。
优选地，在步骤2中，具体包括以下步骤：
步骤S21，对爆炸区域的光场信息利用光场相机内部的微透镜阵列进行处理，每一光场相机内的CCD成像探测面置于微透镜阵列的一倍焦距f处，设光线进入微透镜的位置坐标(ui,vi)，位置坐标矩阵U＝[u1,u2,...un]T，V＝[v1,v2,...vn]T，其中，i＝1,2,…,n；经过图像处理技术，获取空间中每一破片在CCD成像探测面上的图像坐标位置(x′i,y′i)，设图像坐标矩阵X′＝[x′1,x′2,...x′n]T，Y′＝[y′1,y′2,...y′n]T；当光场相机采集图像中出现多个破片目标重合或者遮挡的情况时，通过改变微透镜阵列参数ai，使重合遮挡破片目标区域的成像景深变浅，在还原被遮挡破片时，能够将前方的离焦遮挡破片严重虚化，实现透视效果；
步骤S22，将微透镜阵列平面视为u-v平面，探测器平面视为x-y平面，则重聚焦平面距微透镜平面的距离为aif，对遮挡、重合的破片目标分辨识别后，使得空间破片通过重新聚焦在CCD成像探测面上形成一个清晰的像，从而得到破片目标经过重聚焦后的图像坐标(xic,yic)，则Xc＝[x1c,x2c,...xnc]T，Yc＝[y1c,y2c,...ync]T，且另
Figure GDA0003423605760000031
其中，i＝1,2,…,n，E为单位矩阵，且满足如下关系：
Figure GDA0003423605760000032
优选地，在步骤3中，具体包括以下步骤：
步骤S31，根据步骤2中的数字重聚焦方法获取每个破片目标的图像坐标(xic,yic)，计算每个破片与各个光场相机光轴之间的夹角βmi，m＝1,2,3，i＝1,2,…,n则有：
Figure GDA0003423605760000033
优选地，在步骤4中，包括以下步骤：
步骤S41，当破片群经过探测区域时，三个光场相机同步对破片群图像进行采集，依据采集的图像，调整微透镜阵列参数矩阵A进行分辨识别破片目标，解算图像坐标参数模型(Xc,Yc)；假设每台光场相机的焦距为fl，根据破片经过重聚焦后的图像坐标(x′i,y′i)，计算每个破片与各个光场相机光轴之间的夹角βmi，其中，i＝1,2,…,n，l＝1,2,3，m＝1,2,3。
步骤S42，分别对两两交汇的光场相机进行分析，根据几何关系计算第k幅光场相机采集的图像中第i个破片目标的空间位置(xki,yki,zki)，对应的空间位置矩阵(Xk,Yk,Zk)，其中，i＝1,2,...,n，k＝1,2,...，具体分为如下情况：
利用第一光场相机与第三光场相机视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X1,Y1,Z1)，具体如下：
X1＝d1·Q1 TW1E1-f1·R1 TM1
Y1＝d1·Q1 TW1E1
Z1＝d1·C1 TB1
其中，
Q1＝[sin(ε3-β31),sin(ε3-β32),...，sin(ε3-β3n)]T
W1＝[cos(ε1-β11),cos(ε1-β12),...，cos(ε1-β1n)]T
Figure GDA0003423605760000041
B1＝[cot(ε3+β31),cot(ε3+β32),...，cot(ε3+β3n)]T
R1＝[sin(β11),sin(β12),...，sin(β1n)]T
Figure GDA0003423605760000042
Figure GDA0003423605760000043
利用第一光场相机与第二光场相机视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X2,Y2,Z2)，具体如下：
X2＝(d2·Q2 TW2E2-f2·R1 TC2)·cosδ1-(d2·Q2 TE2C2·sinδ1)
Y2＝(d2·Q2 TW2E2-f2·R1 TC2)·sinδ1-(d2·Q2 TE2C2)·cosδ1
Z2＝d2·C1 TN1
其中，
N1＝[cot(ε2+β21),cot(ε2+β22),...，cot(ε2+β2n)]T
Q2＝[sin(ε2+β21),sin(ε2+β22),...，sin(ε2+β2n)]T
W2＝[cos(δ1-ε1+β11),cos(δ1-ε1+β12),...，cos(δ1-ε1+β1n)]T
Figure GDA0003423605760000044
M2＝[sin(δ1-ε2+β11),sin(δ1-ε2+β12),...，sin(δ1-ε2+β1n)]T
Figure GDA0003423605760000045
利用第二光场相机与第三光场相机视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X3,Y3,Z3)，具体如下：
X3＝(d3·Q3 TW3E3-f3·R3 TZ3)·cosδ3-(d3·Q3 TZ3E3)·sinδ3+d2·cosδ1
Y3＝(d3·Q3 TW3E3-f3·R3 TZ3)·sinδ3-(d3·Q3 T·Z3E3)·cosδ3+d2·sinδ1
Z3＝d3C1 TN1
其中，
Q3＝[sin(δ3-ε3+β31),sin(δ3-ε3+β32),...，sin(δ3-ε3+β3n)]T
W3＝[cos(δ2-ε2-β21),cos(δ2-ε2-β22),...，cos(δ2-ε2-β2n)]T
Figure GDA0003423605760000051
R3＝[sin(β21),sin(β22),...，sin(β2n)]T
Figure GDA0003423605760000052
步骤S43，依据解算的空间位置矩阵，用相邻两幅图像待配准的破片群位置坐标进行作差，根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行匹配，若坐标差成比例，则待配准目标为同一目标。
优选地，在步骤5中，包括以下步骤：
步骤S51，取三个坐标系的空间位置平均值，从而得到破片目标的空间位置(xi,yi,zi)，其中，破片空间位置坐标矩阵X＝[x1,x2,...xn]T，Y＝[y1,y2,...yn]T，Z＝[z1,z2,...zn]T，且满足如下关系：
Figure GDA0003423605760000053
本发明利用了光场相机数字重聚焦原理，建立了破片群位置参数测量与计算模型。本发明可以分辨重合、遮挡的多个破片目标，给出了比较形象的基于光场相机的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，为新型目标毁伤计算提供科学依据。
附图说明
图1是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法的流程图；
图2是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法的空间几何结构示意图；
图3是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法中基于三相机布置参数建立解算模型的框图；
图4是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法中微透镜阵列重聚焦图像示意图；
图5是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法中破片目标飞行方向在相机成像几何关系示意图；
图6是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法中破片目标OZ轴方向坐标解算示意图。
图7是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法中主坐标系破片坐标解算示意图；
图8是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法中第一从坐标系破片坐标解算示意图；
图9是本发明涉及的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法中第二从坐标系破片坐标解算示意图；
其中：
1、第一光场相机；2、第二光场相机；3、第三光场相机；4、破片群；
具体实施方式
本实施例涉及一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，该弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法主要应用于多目标位置参数测试，可以识别分辨重合遮挡的破片目标，为目标毁伤计算和分析毁伤评价体系提供有效的理论依据。
本实施例所涉及的一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，如图1-2所示，其包括以下步骤：
步骤1：针对破片群4的位置，布置三个光场相机，根据三个光场相机的布置参数，建立基于三个面阵CCD的近炸空间破片散布解算模型；
步骤2：利用数字重聚焦技术，对遮挡、重合的多个破片目标进行分辨识别，获取破片目标的图像坐标；
步骤3：结合破片目标经过数字重聚焦后的图像坐标，确定空间破片与各个光场相机的光轴之间的夹角；
步骤4：当破片目标经过探测区域时，利用重聚焦技术解算破片目标的图像坐标参数模型；基于建立的近炸空间破片散布解算模型，依据双目视觉原理，对两两交汇的相机进行分析，根据空间几何关系计算出破片在主坐标系下与从坐标系下的空间位置坐标参数；依据三个坐标系下的空间位置参数，根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行破片群匹配；
步骤5：为了提高破片群4的测量精度，取三个坐标系下的空间位置坐标平均值，获取破片目标的空间位置。
如图2和3所示，在上述步骤1中，具体地，包括以下步骤：
步骤S11，采用三个光场相机，分别是第一光场相机1、第二光场相机2和第三光场相机3，其中，三个光场相机都具有满足测试要求的高帧频，将三个光场相机布置到三角形的三个顶点，且使三个相机的视场交汇于探测区域；
步骤S12，对三个光场相机两两一组进行校平；
步骤S13，测量每一组光场相机校平后的角度值αa1、αa3、αb1、αb2、αa2、αb3；
步骤S14，测量三个光场相机光学系统的俯仰角数值ε1、ε2、ε3；
步骤S15，测量每两个光场相机的光学镜头之间的距离d1、d2、d3；依据建立的破片空间位置解算模型，在发出破片目标的炮口处设置外部触发源，当触发源探测火光时，三个光场相机同步触发采集图像；
步骤S16，建立主坐标系，具体地，以第一光场相机1和第三光场相机3的中心连线S1S3为X轴，S1为原点，构成主坐标系XOY；
步骤S17，建立两个从坐标系，其中，以第一光场相机1和第二光场相机2的中心连线S1S2为X'轴，S1为原点O'，构成第一从坐标系；以第二光场相机2和第三光场相机3的中心连线S2S3为X”轴，S2为原点O”，构成第二从坐标系；其中，主坐标系与第一从坐标系的夹角为δ1，主坐标系与第二从坐标系的夹角为δ3，第一从坐标系与第二从坐标系的夹角为δ2，其中，δ1＝αb1-αa1，δ2＝αb2-αa2，δ3＝αb3-αa3；第一从坐标系通过旋转角度δ1转换至主坐标系，第二从坐标系通过旋转角度δ3再平移转换至主坐标系；
如图4所示，在所述步骤2中，具体包括以下步骤：
步骤S21，对爆炸区域的光场信息利用每个光场相机内部的微透镜阵列进行处理，每一光场相机内的CCD成像探测面置于微透镜阵列的一倍焦距f处，设光线进入微透镜的位置坐标(ui,vi)，位置坐标矩阵为U＝[u1,u2,...un]T，V＝[v1,v2,...vn]T，其中，i＝1,2,…,n；经过图像处理技术，获取空间中每一破片在CCD成像探测面上的图像坐标位置(x′i,y′i)，其中，设定图像坐标矩阵为X′＝[x′1,x′2,...x′n]T，Y′＝[y′1,y′2,...y′n]T；当光场相机采集图像序列的某时刻出现多个破片目标重合或者遮挡的情况时，每个光场相机会采集对应时刻的一帧图像，根据三个光场相机的空间几何布置，在某一光场相机采集的该帧图像中重合遮挡的破片目标，在另一光场相机成像后会被分离；通过改变微透镜阵列参数ai，使得重合遮挡破片目标区域的成像景深变浅，在还原被遮挡破片时，能够将前方的离焦遮挡破片严重虚化，实现透视效果；
步骤S22，将微透镜阵列平面视为u-v平面，将探测器平面视为x-y平面，则重聚焦平面与微透镜平面的距离为aif，对遮挡、重合的破片目标分辨识别后，使得空间破片通过重新聚焦在CCD成像探测面上形成一个清晰的像，从而得到破片目标经过重聚焦后的图像坐标(xic,yic)，则Xc＝[x1c,x2c,...xnc]T，Yc＝[y1c,y2c,...ync]T，且另
Figure GDA0003423605760000071
其中，i＝1,2,…,n，且满足如下关系：
Figure GDA0003423605760000081
如图5-6所示，在所述步骤3中，具体包括以下步骤：
步骤S31，根据步骤2中的数字重聚焦方法获取每个破片目标的图像坐标(xic,yic)，计算每个破片与各个光场相机光轴之间的夹角βmi，m＝1,2,3，i＝1,2,…,n则有：
Figure GDA0003423605760000082
如图7-9所示，在所述步骤4中，包括以下步骤：
步骤S41，当破片群4经过探测区域时，三个光场相机同步对破片群图像进行采集，依据采集的图像，调整微透镜阵列参数矩阵A进行分辨识别破片目标，解算图像坐标参数模型(Xc,Yc)；假设每台光场相机的焦距为fl，由步骤2可得到破片经过重聚焦后的图像坐标(xi′,yi′)，计算每个破片与各个相机光轴之间的夹角βmi，其中，i＝1,2,…,n，l＝1,2,3，m＝1,2,3；
步骤S42，分别对两两交汇的相机进行分析，根据几何关系计算第k幅光场相机采集的图像中第i个破片目标的空间位置(xki,yki,zki)，对应的空间位置矩阵(Xk,Yk,Zk)，其中，i＝1,2,...,n，k＝1,2,...，具体分为如下情况：
利用第一光场相机1与第三光场相机3视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X1,Y1,Z1)，具体如下：
X1＝d1·Q1 TW1E1-f1·R1 TM1
Y1＝d1·Q1 TW1E1
Z1＝d1·C1 TB1
其中，
Q1＝[sin(ε3-β31),sin(ε3-β32),...，sin(ε3-β3n)]T
W1＝[cos(ε1-β11),cos(ε1-β12),...，cos(ε1-β1n)]T
Figure GDA0003423605760000083
B1＝[cot(ε3+β31),cot(ε3+β32),...，cot(ε3+β3n)]T
R1＝[sin(β11),sin(β12),...，sin(β1n)]T
Figure GDA0003423605760000084
Figure GDA0003423605760000091
利用第一光场相机1与第二光场相机2视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X2,Y2,Z2)，具体如下：
X2＝(d2·Q2 TW2E2-f2·R1 TC2)·cosδ1-(d2·Q2 TE2C2·sinδ1)
Y2＝(d2·Q2 TW2E2-f2·R1 TC2)·sinδ1-(d2·Q2 TE2C2)·cosδ1
Z2＝d2·C1 TN1
其中，
N1＝[cot(ε2+β21),cot(ε2+β22),...，cot(ε2+β2n)]T
Q2＝[sin(ε2+β21),sin(ε2+β22),...，sin(ε2+β2n)]T
W2＝[cos(δ1-ε1+β11),cos(δ1-ε1+β12),...，cos(δ1-ε1+β1n)]T
Figure GDA0003423605760000092
M2＝[sin(δ1-ε2+β11),sin(δ1-ε2+β12),...，sin(δ1-ε2+β1n)]T
Figure GDA0003423605760000093
利用第二光场相机2与第三光场相机3视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X3,Y3,Z3)，具体如下：
X3＝(d3·Q3 TW3E3-f3·R3 TZ3)·cosδ3-(d3·Q3 TZ3E3)·sinδ3+d2·cosδ1
Y3＝(d3·Q3 TW3E3-f3·R3 TZ3)·sinδ3-(d3·Q3 T·Z3E3)·cosδ3+d2·sinδ1
Z3＝d3C1 TN1
其中，
Q3＝[sin(δ3-ε3+β31),sin(δ3-ε3+β32),...，sin(δ3-ε3+β3n)]T
W3＝[cos(δ2-ε2-β21),cos(δ2-ε2-β22),...，cos(δ2-ε2-β2n)]T
Figure GDA0003423605760000094
R3＝[sin(β21),sin(β22),...，sin(β2n)]T
Figure GDA0003423605760000095
步骤S43，依据解算的空间位置矩阵，用相邻两幅图像待配准的破片群4位置坐标进行作差，根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行匹配，若坐标差成比例，则待配准目标为同一目标。
在所述步骤5中，包括以下步骤：
步骤S51，为了提高破片群4的测量精度，本实施例取三个坐标系的空间位置平均值，从而得到破片目标的空间位置(xi,yi,zi)，其中，破片空间位置坐标矩阵X＝[x1,x2,...xn]T，Y＝[y1,y2,...yn]T，Z＝[z1,z2,...zn]T，且满足如下关系：
Figure GDA0003423605760000101
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，其具体包括以下步骤：
步骤1：根据破片群的位置，布置三个光场相机，根据三个光场相机布置参数，建立基于三个光场相机的近炸空间破片散布解算模型，其中，三个光场相机均为面阵CCD相机，其中，在所述步骤1中，包括以下步骤：
步骤S11，采用三个光场相机，分别为第一光场相机(1)、第二光场相机(2)和第三光场相机(3)，假设每台光场相机的焦距为fl，且三个光场相机都具有满足测试要求的高帧频，将其布置到三角形的三个顶点，且使三个光场相机的视场交汇于探测区域；
步骤S12，对三个光场相机中两两一组进行校平；
步骤S13，测量每一组光场相机校平后的角度值αa1、αa3、αb1、αb2、αa2、αb3；
步骤S14，测量三个光场相机光学系统的俯仰角数值ε1、ε2、ε3；
步骤S15，测量每两个光场相机的光学镜头之间的距离d1、d2、d3；依据建立的近炸空间破片散布解算模型，在炮口处设置外部触发源，当触发源探测火光时，三个光场相机同步触发采集图像；
步骤S16，建立主坐标系，具体地，以第一光场相机(1)和第三光场相机(3)的中心连线S1S3为X轴，第一光场相机(1)的中心S1为原点，构成主坐标系XOY；
步骤S17，建立两个从坐标系，其中，以第一光场相机(1)和第二光场相机(2)的中心连线S1S2为X'轴，S1为原点O'，构成第一从坐标系；以第二光场相机(2)和第三光场相机(3)的中心连线S2S3为X”轴，第二光场相机(2)的中心S2为原点O”，构成第二从坐标系；其中，主坐标系与第一从坐标系的夹角为δ1，主坐标系与第二从坐标系的夹角为δ3，第一从坐标系与第二从坐标系的夹角为δ2，其中，δ1＝αb1-αa1，δ2＝αb2-αa2，δ3＝αb3-αa3；
步骤2：利用数字重聚焦方法，对遮挡、重合的多个破片目标进行分辨识别，获取破片目标的图像坐标，其中，在所述步骤2中，具体包括以下步骤：
步骤S21，对爆炸区域的光场信息利用光场相机内部的微透镜阵列进行处理，每一光场相机内的CCD成像探测面置于微透镜阵列的一倍焦距f处，设光线进入微透镜的位置坐标(ui,vi)，位置坐标矩阵U＝[u1,u2,...un]T，V＝[v1,v2,...vn]T，其中，i＝1,2,…,n；经过图像处理技术，获取空间中每一破片目标在CCD成像探测面上的图像坐标位置(x′i,y′i)，设图像坐标矩阵X′＝[x′1,x′2,...x′n]T，Y′＝[y′1,y′2,...y′n]T；当光场相机采集图像中出现多个破片目标重合或者遮挡的情况时，通过改变微透镜阵列参数ai，使重合遮挡破片目标区域的成像景深变浅，在还原被遮挡破片时，能够将前方的离焦遮挡破片严重虚化，实现透视效果；
步骤S22，将微透镜阵列平面视为u-v平面，探测器平面视为x-y平面，则重聚焦平面距微透镜平面的距离为aif，对遮挡、重合的破片目标分辨识别后，使得破片目标通过重新聚焦在CCD成像探测面上形成一个清晰的像，从而得到破片目标经过重聚焦后的图像坐标(xic,yic)，则Xc＝[x1c,x2c,...xnc]T，Yc＝[y1c,y2c,...ync]T，且另
Figure FDA0003423605750000021
其中，i＝1,2,…,n，E为单位矩阵，且满足如下关系：
Figure FDA0003423605750000022
步骤3：结合破片目标经过数字重聚焦后的图像坐标，确定破片目标与各个光场相机的光轴之间的夹角，其中，在所述步骤3中，具体包括以下步骤：
步骤S31，根据步骤2中的数字重聚焦方法获取每个破片目标的图像坐标(xic,yic)，计算每个破片目标与各个光场相机光轴之间的夹角βmi，m＝1,2,3，i＝1,2,…,n则有：
Figure FDA0003423605750000023
步骤4：当破片目标经过探测区域时，利用重聚焦解算目标图像坐标参数模型；基于建立的近炸空间破片散布解算模型，依据双目视觉原理，对两两交汇的光场相机进行分析，根据空间几何关系计算出破片目标在主坐标系下与从坐标系下的空间位置坐标参数；依据三个坐标系下的空间位置坐标参数，根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行破片群匹配，其中，在所述步骤4中，包括以下步骤：
步骤S41，当破片群经过探测区域时，三个光场相机同步对破片群图像进行采集，依据采集的图像，调整微透镜阵列参数矩阵A进行分辨识别破片目标，解算图像坐标参数模型(Xc,Yc)；假设每台光场相机的焦距为fl，根据破片目标经过重聚焦后的图像坐标(xic,yic)，计算每个破片目标与各个光场相机光轴之间的夹角βmi，其中，i＝1,2,…,n，l＝1,2,3，m＝1,2,3；
步骤S42，分别对两两交汇的光场相机进行分析，根据几何关系计算第k幅光场相机采集的图像中第i个破片目标的空间位置(xki,yki,zki)，对应的空间位置矩阵(Xk,Yk,Zk)，其中，i＝1,2,...,n，k＝1,2,...，具体分为如下情况：
利用第一光场相机(1)与第三光场相机(3)视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X1,Y1,Z1)，具体如下：
X1＝d1·Q1 TW1E1-f1·R1 TM1
Y1＝d1·Q1 TW1E1
Z1＝d1·C1 TB1
其中，
Q1＝[sin(ε3-β31),sin(ε3-β32),...,sin(ε3-β3n)]T
W1＝[cos(ε1-β11),cos(ε1-β12),...，cos(ε1-β1n)]T
Figure FDA0003423605750000031
B1＝[cot(ε3+β31),cot(ε3+β32),...，cot(ε3+β3n)]T
R1＝[sin(β11),sin(β12),...，sin(β1n)]T
Figure FDA0003423605750000032
Figure FDA0003423605750000033
利用第一光场相机(1)与第二光场相机(2)视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X2,Y2,Z2)，具体如下：
Figure FDA0003423605750000034
Y2＝(d2·Q2 TW2E2-f2·R1 TC2)·sinδ1-(d2·Q2 TE2C2)·cosδ1
Z2＝d2·C1 TN1
其中，
N1＝[cot(ε2+β21),cot(ε2+β22),...，cot(ε2+β2n)]T
Q2＝[sin(ε2+β21),sin(ε2+β22),...，sin(ε2+β2n)]T
W2＝[cos(δ1-ε1+β11),cos(δ1-ε1+β12),...，cos(δ1-ε1+β1n)]T
Figure FDA0003423605750000035
M2＝[sin(δ1-ε2+β11),sin(δ1-ε2+β12),...，sin(δ1-ε2+β1n)]T
Figure FDA0003423605750000036
利用第二光场相机(2)与第三光场相机(3)视场交汇得到破片群的空间位置矩阵(X3,Y3,Z3)，具体如下：
X3＝(d3·Q3 TW3E3-f3·R3 TZ3)·cosδ3-(d3·Q3 TZ3E3)·sinδ3+d2·cosδ1
Y3＝(d3·Q3 TW3E3-f3·R3 TZ3)·sinδ3-(d3·Q3 T·Z3E3)·cosδ3+d2·sinδ1
Z3＝d3C1 TN1
其中，
Q3＝[sin(δ3-ε3+β31),sin(δ3-ε3+β32),...，sin(δ3-ε3+β3n)]T
W3＝[cos(δ2-ε2-β21),cos(δ2-ε2-β22),...，cos(δ2-ε2-β2n)]T
Figure FDA0003423605750000041
R3＝[sin(β21),sin(β22),...，sin(β2n)]T
Figure FDA0003423605750000042
步骤S43，依据解算的空间位置矩阵，用相邻两幅图像待配准的破片群位置坐标进行作差，根据同一破片目标的方位角与俯仰角在图像序列中不变的原理进行匹配，若坐标差成比例，则待配准目标为同一目标；
步骤5：取三个坐标系下的空间位置坐标平均值，获取破片目标的空间位置。
2.根据权利要求1所述的弹丸近炸破片群位置参数测量与计算方法，其特征在于，在所述步骤5中，包括以下步骤：
步骤S51，取三个坐标系的空间位置坐标平均值，从而得到破片目标的空间位置(xi,yi,zi)，其中，破片目标的空间位置坐标矩阵X＝[x1,x2,...xn]T，Y＝[y1,y2,...yn]T，Z＝[z1,z2,...zn]T，且满足如下关系：
Figure FDA0003423605750000043
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Assignee: Shaanxi Yunrui Chuangzhi Technology Co.,Ltd.

Assignor: XI'AN TECHNOLOGICAL University

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Denomination of invention: A Method for Measuring and Calculating the Position Parameters of the Near Burst Fragment Group of Projectiles

Granted publication date: 20220415

License type: Common License

Record date: 20231030

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