CN110132181B - 图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置及测量方法，涉及高低角测量装置和方法技术领域。所述装置包括安装基板，所述基座上设置有弧形轨道，所述弧形轨道上设置有驱动电机，所述驱动电机的动力输出端位于所述轨道上，所述驱动电机的外壳上固定有连接板，所述连接板的中间设置有一个摄像模块，所述摄像模块的图像采集面朝向所述火炮身管，第一激光测距模块和第二激光测距模块位于所述摄像模块左右两侧的连接板上。所述装置将激光测距与摄像模块图像采集相结合，克服了图像测量精度不高、激光测量难以对准的问题，实现了火炮身管高低角的快速、准确测量；采用间接测量，不受火炮身管运动的影响。
Description
技术领域
本发明涉及火炮身管高低角测量装置技术领域，尤其涉及一种图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置及测量方法。
背景技术
火炮身管与火炮基座之间的夹角为火炮身管高低角。现有技术中一般采用图像处理方法、激光测量方法或GPS方法获得火炮身管的高低角，但是无论是采用图像处理方法、激光测量方法或GPS方法都存在测量精度低的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种测量精度高的图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，其特征在于：包括安装基板，所述基板固定在被测量火炮身管下侧的底座上，且所述安装基板与被测量的火炮底座相平行，所述基座上设置有弧形轨道，所述弧形轨道上设置有驱动电机，所述驱动电机的动力输出端位于所述轨道上，所述驱动电机的外壳上固定有连接板，所述连接板的中间设置有一个摄像模块，所述摄像模块的图像采集面朝向所述火炮身管，第一激光测距模块和第二激光测距模块位于所述摄像模块左右两侧的连接板上，且所述第一激光测距模块和第二激光测距模块的测距探头朝向所述火炮身管，控制模块固定在所述连接板上，所述第一激光测距模块、第二激光测距模块以及摄像模块的信号输出端与所述控制模块的信号输入端连接，所述驱动电机的控制输入端与所述控制模块的控制输出端连接，所述控制模块根据所述摄像模块采集的图像控制所述驱动电机驱动所述连接板至所述火炮身管的下方，然后根据第一激光测距模块测量的距离信息、第二激光测距模块测量的距离信息以及第一激光测距模块与第二激光测距模块的距离计算出所述火炮身管的高低角。
进一步的技术方案在于：所述弧形轨道所对应的圆的圆心与所述火炮身管运动的圆心相重合。
进一步的技术方案在于：所述第一激光测距模块的中心、第二激光测距模块的中心与摄像模块的中心在同一条直线上，且经过上述中心的直线的延长线经过所述火炮身管运动的圆心。
进一步的技术方案在于：所述连接板左右方向延伸的中心线的延长线经过所述火炮身管运动的圆心，所述第一激光测距模块左右方向的中心线、第二激光测距模块左右方向的中心线以及摄像模块左右方向的中心线在同一条直线上，且经过上述中心的直线的延长线经过所述火炮身管运动的圆心。
进一步的技术方案在于：所述测量装置还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述控制模块的双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
进一步的技术方案在于：所述测量装置还包括无线数据传输模块，所述无线数据传输模块与所述控制模块双向连接，用于上传和下传数据。
本发明还公开了一种高低角测量方法，其特征在于包括如下步骤：
控制模块控制摄像模块以及驱动电机工作，摄像模块对其视场内的物体进行拍照，并将拍摄的图像传输到所述控制模块进行处理，控制模块根据图像处理后的结果控制所述驱动电机工作，驱动电机驱动所述连接板沿轨道运动，使连接板上的所述第一激光测距模块和第二激光测距模块位于所述火炮身管的正下方；
控制模块控制所述第一激光测距模块和第二激光测距模块工作，第一激光测距模块和第二激光测距模块将测量到的距离火炮身管的距离信息发送给所述控制模块进行处理，其中所述第一激光测距模块到所述火炮身管的距离为，所述第二激光测距模块到所述火炮身管的距离为/>；第一激光测距模块与第二激光测距模块之间的距离为/>，根据如下公式计算火炮身管的高低角/>：
；
当火炮身管的位置改变后，重复以上步骤完成所述高低角的测量。
进一步的技术方案在于：当所述驱动电机驱动所述连接板沿轨道运动的过程中采用步进式驱动，每步进一步控制模块控制摄像模块采集一次图像，然后控制模块对采集的图像进行实时处理，处理的过程中有如下两种情况：
第一种：在图像处理的过程中，直到轨道一端的终点都没有发现所述摄像模块采集的图像中有火炮身管图像，此时控制所述驱动电机向轨道另一端的终点进行行进，当控制模块判断出所述摄像模块采集的图像中具有火炮身管图像时，控制所述驱动电机驱动摄像模块在具有火炮身管图像的轨道上来回调整位置，直到所述火炮身管图像位于所述摄像模块视场的中间为止；
第二种：在图像处理的过程中，当控制模块判断出所述摄像模块采集的图像中具有火炮身管图像时，控制所述驱动电机驱动摄像模块在具有火炮身管图像的轨道上来回调整位置，直到所述火炮身管图像位于所述摄像模块视场的中间为止。
进一步的技术方案在于：所述方法还包括将所述基板调至水平的步骤。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本申请所述装置将激光测距与摄像模块图像采集相结合，克服了图像测量精度不高、激光测量难以对准的问题，实现了火炮身管高低角的快速、准确测量；提高了测角精度，在基线2m时，测量绝对误差不大于0.5密位；与GPS等方法相比，所述装置准备时间短，速度快，数据更新率高；采用间接测量，不受火炮身管运动的影响；将轨道安装于基板上，降低了射击振动的影响；且所述装置和方法简便易用，造价便宜。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述装置的结构示意图；
图2是本发明实施例所述装置的电气部分的原理框图；
其中：1、安装基板；2、弧形轨道；3、驱动电机；4、连接板；5、摄像模块；6、火炮身管；7、第一激光测距模块；8、第二激光测距模块；9、控制模块。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明实施例公开了一种图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，包括安装基板1，所述基板固定在被测量火炮身管下侧的底座上，且所述安装基板1与被测量的火炮底座相平行，所述基座上设置有弧形轨道2，所述弧形轨道2上设置有驱动电机3，所述驱动电机3的动力输出端位于所述轨道上，驱动电机在其动力输出端的作用下能够沿所述轨道运行；所述驱动电机3的外壳上固定有连接板4，所述连接板4的中间设置有一个摄像模块5，所述摄像模块5的图像采集面朝向所述火炮身管6，所述摄像模块的作用主要是用于采集火炮身管6的图像。
第一激光测距模块7和第二激光测距模块8位于所述摄像模块5左右两侧的连接板4上，且所述第一激光测距模块7和第二激光测距模块8的测距探头朝向所述火炮身管6；控制模块9固定在所述连接板4上，所述第一激光测距模块7、第二激光测距模块8以及摄像模块5的信号输出端与所述控制模块9的信号输入端连接，所述驱动电机3的控制输入端与所述控制模块9的控制输出端连接；所述控制模块9根据所述摄像模块5采集的图像控制所述驱动电机3驱动所述连接板4至所述火炮身管6的下方，然后根据第一激光测距模块7测量的距离信息、第二激光测距模块测量8的距离信息以及第一激光测距模块7与第二激光测距模块8的距离计算出所述火炮身管6的高低角。
进一步的，所述弧形轨道2所对应的圆的圆心与所述火炮身管6运动的圆心相重合，两者的圆形重合后所述驱动电机3的运动可以与所述火炮身管的运动相适应，使以后的计算更简单。
进一步的，所述第一激光测距模块7的中心、第二激光测距模块8的中心与摄像模块5的中心在同一条直线上，且经过上述中心的直线的延长线经过所述火炮身管6运动的圆心。通过以上设置，可以方便的通过移动所述连接板同时调节第一激光测距模块7、第二激光测距模块8以及摄像模块5的位置，使其更方便的调节相对于所述火炮身管6的位置。
进一步的，所述连接板4左右方向延伸的中心线的延长线经过所述火炮身管6运动的圆心，所述第一激光测距模块7左右方向的中心线、第二激光测距模块8左右方向的中心线以及摄像模块5左右方向的中心线在同一条直线上，且经过上述中心的直线的延长线经过所述火炮身管6运动的圆心。通过以上设置，可以更方便和快速的通过移动所述连接板4来实现将所述第一激光测距模块7、第二激光测距模块8以及摄像模块5调整到所述火炮身管6的正下方。
进一步的，如图2所示，所述测量装置还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述控制模块的双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。通过所述人机交互模块可以方便的实现命令的输入以及数据的显示。所述人机交互模块的具体形式至少有以下两种：第一种，与所述控制模块的信号输入端连接的案件模块以及与所述控制模块的输出端连接的显示模块；第二种，与所述控制模块双向连接的触摸屏。进一步的，所述测量装置还包括无线数据传输模块，所述无线数据传输模块与所述控制模块双向连接，用于上传和下传数据，方便所述装置与外围设备进行数据交互。进一步的，所述装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述装置中需要供电的模块提供工作电源。
本发明实施例还公开了一种火炮身管高低角测量方法，所述测量方法使用上述所述测量装置，包括如下步骤：
将所述装置中的所述基板调至与所述火炮的基座平行；
控制模块9控制摄像模块5以及驱动电机3工作，摄像模块5对其视场内的物体进行拍照，并将拍摄的图像传输到所述控制模块9进行处理，控制模块9根据图像处理后的结果控制所述驱动电机3工作，驱动电机3驱动所述连接板4沿轨道运动，使连接板4上的所述第一激光测距模块7和第二激光测距模块8位于所述火炮身管6的正下方；
控制模块9控制所述第一激光测距模块7和第二激光测距模块8工作，第一激光测距模块7和第二激光测距模块8将测量到的距离火炮身管6的距离信息发送给所述控制模块9进行处理，其中所述第一激光测距模块7到所述火炮身管的距离为，所述第二激光测距模块8到所述火炮身管6的距离为/>；第一激光测距模块7与第二激光测距模块8之间的距离为/>，根据如下公式计算火炮身管的高低角/>：
；
当火炮身管（6）的位置改变后，重复以上步骤完成所述高低角的测量。
进一步的，当所述驱动电机3驱动所述连接板4沿轨道运动的过程中采用步进式驱动，每步进一步控制模块9控制摄像模块5采集一次图像，然后控制模块9对采集的图像进行实时处理，处理的过程中有如下两种情况：
第一种：在图像处理的过程中，直到轨道一端的终点都没有发现所述摄像模块5采集的图像中有火炮身管6图像，此时控制所述驱动电机3向轨道另一端的终点进行行进，当控制模块9判断出所述摄像模块5采集的图像中具有火炮身管6图像时，控制所述驱动电机3驱动摄像模块5在具有火炮身管图像的轨道上来回调整位置，直到所述火炮身管的图像位于所述摄像模块5视场的中间为止；
第二种：在图像处理的过程中，当控制模块判断出所述摄像模块5采集的图像中具有火炮身管图像时，控制所述驱动电机3驱动摄像模块5在具有火炮身管图像的轨道上来回调整位置，直到所述火炮身管图像位于所述摄像模块视场的中间为止。
需要说明的，还可以通过其它方法将所述第一激光测距模块7和第二激光测距模块8调整至所述火炮身管的正下方。
本申请所述装置将激光测距与摄像模块图像采集相结合，克服了图像测量精度不高、激光测量难以对准的问题，实现了火炮身管高低角的快速、准确测量；提高了测角精度，在基线2m时，测量绝对误差不大于0.5密位；与GPS等方法相比，所述装置准备时间短，速度快，数据更新率高；采用间接测量，不受火炮身管运动的影响；将轨道安装于基板上，降低了射击振动的影响；且所述装置和方法简便易用，造价便宜。
Claims (6)
1.一种图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，其特征在于：包括安装基板(1)，所述基板固定在被测量火炮身管下侧的底座上，且所述安装基板(1)与被测量的火炮底座相平行，所述底座上设置有弧形轨道(2)，所述弧形轨道(2)上设置有驱动电机(3)，所述驱动电机(3)的动力输出端位于所述轨道上，所述驱动电机(3)的外壳上固定有连接板(4)，所述连接板(4)的中间设置有一个摄像模块(5)，所述摄像模块(5)的图像采集面朝向所述火炮身管(6)，第一激光测距模块(7)和第二激光测距模块(8)位于所述摄像模块(5)左右两侧的连接板(4)上，且所述第一激光测距模块(7)和第二激光测距模块(8)的测距探头朝向所述火炮身管(6)，控制模块(9)固定在所述连接板(4)上，所述第一激光测距模块(7)、第二激光测距模块(8)以及摄像模块(5)的信号输出端与所述控制模块(9)的信号输入端连接，所述驱动电机(3)的控制输入端与所述控制模块(9)的控制输出端连接，所述控制模块(9)根据所述摄像模块(5)采集的图像控制所述驱动电机(3)驱动所述连接板(4)至所述火炮身管(6)的下方，然后根据第一激光测距模块(7)测量的距离信息、第二激光测距模块(8)测量的距离信息以及第一激光测距模块(7)与第二激光测距模块(8)的距离计算出所述火炮身管(6)的高低角；
所述火炮身管高低角测量装置的测量方法，包括如下步骤：
控制模块(9)控制摄像模块(5)以及驱动电机(3)工作，摄像模块(5)对其视场内的物体进行拍照，并将拍摄的图像传输到所述控制模块(9)进行处理，控制模块(9)根据图像处理后的结果控制所述驱动电机(3)工作，驱动电机(3)驱动所述连接板(4)沿轨道运动，使连接板(4)上的所述第一激光测距模块(7)和第二激光测距模块(8)位于所述火炮身管(6)的正下方；
控制模块(9)控制所述第一激光测距模块(7)和第二激光测距模块(8)工作，第一激光测距模块(7)和第二激光测距模块(8)将测量到的距离火炮身管(6)的距离信息发送给所述控制模块(9)进行处理，其中所述第一激光测距模块(7)到所述火炮身管的距离为d1，所述第二激光测距模块(8)到所述火炮身管(6)的距离为d2；第一激光测距模块(7)与第二激光测距模块(8)之间的距离为d0，根据如下公式计算火炮身管的高低角ε：
ε＝tan-1[(d2-d1)/d0]；
当火炮身管(6)的位置改变后，重复以上步骤完成所述高低角的测量；
当所述驱动电机(3)驱动所述连接板(4)沿轨道运动的过程中采用步进式驱动，每步进一步控制模块(9)控制摄像模块(5)采集一次图像，然后控制模块(9)对采集的图像进行实时处理，处理的过程中有如下两种情况：
第一种：在图像处理的过程中，直到轨道一端的终点都没有发现所述摄像模块(5)采集的图像中有火炮身管(6)图像，此时控制所述驱动电机(3)向轨道另一端的终点进行行进，当控制模块(9)判断出所述摄像模块(5)采集的图像中具有火炮身管(6)图像时，控制所述驱动电机(3)驱动摄像模块(5)在具有火炮身管图像的轨道上来回调整位置，直到所述火炮身管的图像位于所述摄像模块(5)视场的中间为止；
第二种：在图像处理的过程中，当控制模块判断出所述摄像模块(5)采集的图像中具有火炮身管图像时，控制所述驱动电机(3)驱动摄像模块(5)在具有火炮身管图像的轨道上来回调整位置，直到所述火炮身管图像位于所述摄像模块视场的中间为止。
2.如权利要求1所述的图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，其特征在于：所述弧形轨道(2)所对应的圆的圆心与所述火炮身管(6)运动的圆心相重合。
3.如权利要求1所述的图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，其特征在于：所述第一激光测距模块(7)的中心、第二激光测距模块(8)的中心与摄像模块(5)的中心在同一条直线上，且经过上述中心的直线的延长线经过所述火炮身管(6)运动的圆心。
4.如权利要求1所述的图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，其特征在于：所述连接板(4)左右方向延伸的中心线的延长线经过所述火炮身管(6)运动的圆心，所述第一激光测距模块(7)左右方向的中心线、第二激光测距模块(8)左右方向的中心线以及摄像模块(5)左右方向的中心线在同一条直线上，且经过上述中心的直线的延长线经过所述火炮身管(6)运动的圆心。
5.如权利要求1所述的图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述控制模块的双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据。
6.如权利要求1所述的图像与激光相结合的火炮身管高低角测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括无线数据传输模块，所述无线数据传输模块与所述控制模块双向连接，用于上传和下传数据。
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| 自行火炮身管指向测量技术;陈扬;四川兵工学报;20151031;第36卷(第10期);第32-39页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110132181A (zh) | 2019-08-16 |
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