CN113008089B - 一种双光场相机破片参数测试装置与测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双光场相机破片参数测试装置与测试方法，涉及光电测试领域，图像测试装置的倒U形移动滑块并与燕尾型平台水平滑动连接，相机固定架与倒U形移动滑块转动连接；光场相机两侧通过转轴与相机固定架转动连接，相机固定架的两侧壁分别设置有电机和角度编码器，电机的输出轴与一个转轴传动连接，角度编码器的检测端与另一个转轴连接；光场相机下方设置有光电位置传感器和线激光；光场相机、角度编码器、光电位置传感器和线激光均与图像采集仪电连接,电机和图像采集仪均与上位机连接。该装置通过调节光场相机的倾角及双光场相机之间的距离，形成不同大小、位置的探测区域，以测试不同大小范围破片场内破片的位置参数。

Description

一种双光场相机破片参数测试装置与测试方法

技术领域

本发明涉及光电测试技术领域，具体涉及一种双光场相机破片参数测试装置与测试方法。

背景技术

破片的动态参数是评价弹药毁伤效能的重要依据,破片场中破片空间散布状态为设计弹药战斗部破片飞散实现最佳毁伤能力提供数据支撑，破片空间散布的位置测试是目标毁伤评估体系的重要手段之一。

目前,现有的破片动态参数测试方法主要有纸靶板测试方法、多光幕交汇测试方法、双CCD交汇测试方法、声靶测试方法等；纸靶板测试方法通过记录纸靶上的坐标位置可以给出破片的空间位置数据，但该测试方法测试范围较小且测试精度较低；多光幕交汇测试方法通过获取破片穿过各个光幕的时刻值，结合多光幕空间几何关系，可以测出破片的位置坐标和飞行速度，由于多光幕交汇测试设备现场布置较复杂，该测试方法的测试精度受现场布置的影响，同时，多破片同时穿过同一光幕或者破片之间相互遮挡概率较大，该测试方法存在一定漏测现象，识别和匹配方法计算复杂；双面阵CCD交汇测试方法是基于两个面阵CCD的光轴交汇形成的测试区域,获得同一破片在每个面阵CCD的像点坐标，结合双面阵CCD空间几何关系可以测得破片的位置，由于双面阵CCD交汇形成的测试区域有限，不能满足破片散布区域范围较大的破片位置测试需求。

针对破片场中破片散布位置不确定以及破片散布范围较大的情况，迫切需要一种新型且能测试破片动态散布参数需求的测试装置。本发明提出一种双光场相机破片参数测试装置与测试方法，该装置通过调节光场相机与地面的倾斜角，以及双光场相机之间的距离，形成不同大小、不同位置的探测区域，以测试不同大小范围破片场内破片的位置参数。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种双光场相机破片参数测试装置，包括两组结构相同且相对设置的测试单元，每组所述测试单元均包括图像采集仪和图像测试装置；

所述图像测试装置包括燕尾型平台、倒U形移动滑块、相机固定架和光场相机，所述倒U形移动滑块设置在所述燕尾型平台上，并与所述燕尾型平台水平滑动连接，所述相机固定架设置在所述倒U形移动滑块上，并与所述倒U形移动滑块转动连接；所述相机固定架的顶部和一侧呈开放状态，所述光场相机的相机座两侧均设置有转轴，所述转轴端部分别与所述相机固定架两侧内壁转动连接，所述相机固定架相对的两个侧壁外分别设置有电机和角度编码器，所述电机的输出轴与一个所述转轴传动连接，所述角度编码器的检测端与另一个所述转轴连接；所述光场相机下方靠近所述相机固定架一侧设置有光电位置传感器和线激光；

所述光场相机通过数据线与所述图像采集仪电连接,所述电机、角度编码器、光电位置传感器、线激光和图像采集仪均与上位机连接。

优选地，还包括第一螺柱，所述燕尾型平台顶部沿长度方向开设有容纳所述第一螺柱的凹槽，所述倒U形移动滑块底部沿长度方向开设有与所述第一螺柱配合的螺纹槽，所述第一螺柱设置在所述凹槽内，一端与所述燕尾型平台转动连接，另一端设置有第一转动手柄，所述第一螺柱与所述螺纹槽螺纹配合。

优选地，还包括第二螺柱和凹型圆盘，所述凹型圆盘底部通过支撑柱与所述倒U形移动滑块顶部转动连接，所述相机固定架设置在所述凹型圆盘内；所述凹型圆盘一侧相对设置有两个卡座，所述第二螺柱两端分别与两个所述卡座转动连接，所述第二螺柱一端穿过所述卡座并在端部设置有第二转动手柄；所述凹型圆盘外壁设置有与所述第二螺柱配合的外螺纹，所述凹型圆盘外壁与所述第二螺柱互相啮合。

优选地，所述倒U形移动滑块顶部两侧分别设置有水平仪。

优选地，所述倒U形移动滑块底部还设置有底座平台，所述倒U形移动滑块通过紧固螺丝与所述底座平台连接；所述底座平台的四个角各设有一个支撑座，每个所述支撑座均包括调节旋钮和螺柱，所述螺柱穿过所述底座平台，上端螺接有螺柱帽，下端连接有锥体地脚，所述调节旋钮设置在所述底座平台和锥体地脚之间并与所述螺柱螺纹连接。

优选地，所述倒U形移动滑块四角设有锁紧旋钮。

优选地，所述光场相机外套有保护壳，所述光场相机的光学镜头外露在所述保护壳外，所述转轴与所述保护壳连接；所述角度编码器外设置有方壳。

本发明的另一目的在于提供一种双光场相机破片参数测试方法，包括以下步骤：

步骤1、将两组图像测试装置和两个图像采集仪分别相对设置，调节图像测试装置底座平台下方支撑座的调节旋钮，并观察水平仪的状态，使得图像测试装置与地面水平；

步骤2、通过转动第一转动手柄带动第一螺柱转动，将倒U形移动滑块滑动到燕尾型平台任意位置，使两台光场相机分别对称布置在弹丸飞行方向的两侧，并测量两台光场相机的距离，记为d；打开两组图像测试单元中线激光的电源，直到两个线激光完全重合，完成两组图像测试单元中的光场相机结构对准；

步骤3、通过电机带动转轴转动，进而带动广场相机转动到设定角度，角度编码器读取两组图像测试单元中广场相机转动的角度值，分别记为θ₁与θ₂；弹丸处于远离两组图像测试单元中间的位置，当弹丸爆炸时，弹丸爆炸产生的破片群分布在两个光场相机的交汇视场中，图像采集仪连续接收并处理两个光场相机所采集到的图片，获得破片成像像素坐标；

步骤4、结合数字重聚焦原理，破片重聚焦于新的像平面上形成清晰的像，经过图像处理技术得到重聚焦后破片在质心像素坐标为(x_i,y_i)为：

其中，(u_i,v_i)是破片在光场相机的微透镜阵列的位置坐标；(x′_i,y′_i)表示光场相机重聚焦之前破片的质心像素坐标；

步骤5、假设两台光场相机交汇视场中某一个破片的空间位置坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，i＝1,2,…,n，则(X_i,Y_i,Z_i)具体计算如下所示：

其中，(x_1i,y_1i)和(x_2i,y_2i)两个光场相机所获得的破片图像的质心像素坐标，θ₁与θ₂分别为两个光场相机的倾角，d是两个光场相机之间的距离。

本发明提供的双光场相机破片参数测试装置与测试方法具有以下有益效果：

该装置通过调节光场相机与地面的倾斜角，以及双光场相机之间的距离，形成不同大小、不同位置的探测区域，以测试不同大小范围破片场内破片的位置参数，实现对破片空间位置的快速测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例及其设计方案，下面将对本实施例所需的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，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为本发明实施例中的一种双光场相机破片参数测试装置的现场布置示意图；

图2为本发明实施例中的一种双光场相机破片参数测试装置的示意图；

图3为本发明实施例中的一种双光场相机破片参数测试装置的俯视图；

图4为本发明实施例中的一种双光场相机破片参数测试装置的侧视图；

图5为本发明实施例中的一种双光场相机破片参数测试装置的正视图；

图6为底座平台的结构示意图；

图7为倒U形移动滑块的结构示意图；

图8为光场相机破片参数测试的光场相机透镜成像示意图；

图9为双光场相机破片参数测试的两个光场相机交汇测试破片示意图。

附图标记说明：

1、图像采集仪；2、电机；3、上位机；4、锥体地脚；5、调节旋钮；6、底座平台；7、螺柱帽；8、紧固螺丝；9、燕尾型平台；10、第一螺柱；11、锁紧旋钮；12、倒U形移动滑块；13、水平仪；14、角度编码器；15、相机固定架；16、保护壳；17、光场相机；18、光电位置传感器；19、线激光；20；第二螺柱；21、卡座；22、转轴；23、凹型圆盘；24、第一转动手柄；25、第二转动手柄。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案并能予以实施，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供了一种双光场相机破片参数测试装置，如图1所示，包括两组结构相同且相对设置的测试单元，每组所述测试单元均包括图像采集仪1和图像测试装置；

具体的，如图2至图7所示，图像测试装置包括燕尾型平台9、倒U形移动滑块12、相机固定架15和光场相机17，倒U形移动滑块12设置在燕尾型平台9上，并与燕尾型平台9水平滑动连接，相机固定架15设置在倒U形移动滑块12上，并与倒U形移动滑块12转动连接；相机固定架15的顶部和一侧呈开放状态，光场相机17的相机座两侧均设置有转轴22，转轴22端部分别与相机固定架15两侧内壁转动连接，相机固定架15相对的两个侧壁外分别设置有电机2和角度编码器，电机2的输出轴与一个转轴22传动连接，角度编码器的检测端与另一个转轴22连接；光场相机17下方靠近相机固定架15一侧设置有光电位置传感器18和线激光19；

光场相机17通过数据线与图像采集仪1电连接,电机2、角度编码器、光电位置传感器18、线激光19和图像采集仪1均与上位机3连接。

具体的，本实施例中，还包括第一螺柱10，燕尾型平台9顶部沿长度方向开设有容纳第一螺柱10的凹槽，倒U形移动滑块12底部沿长度方向开设有与第一螺柱10配合的螺纹槽，第一螺柱10设置在凹槽内，一端与燕尾型平台9转动连接，另一端设置有第一转动手柄24，第一螺柱10与螺纹槽螺纹配合，倒U形移动滑块12四角设有锁紧旋钮11。

为了提高稳定度，本实施例中，还包括第二螺柱20和凹型圆盘23，凹型圆盘23底部通过支撑柱与倒U形移动滑块12顶部转动连接，相机固定架15设置在凹型圆盘23内；凹型圆盘23一侧相对设置有两个卡座21，第二螺柱20两端分别与两个卡座21转动连接，第二螺柱20一端穿过卡座21并在端部设置有第二转动手柄25；凹型圆盘23外壁设置有与第二螺柱20配合的外螺纹，凹型圆盘23外壁与第二螺柱20互相啮合。

本实施例在倒U形移动滑块12顶部两侧分别设置有水平仪13，可测量装置的水平度。

进一步地，本实施例中，倒U形移动滑块12底部还设置有底座平台6，倒U形移动滑块12通过紧固螺丝8与底座平台6连接；底座平台6的四个角各设有一个支撑座，每个支撑座均包括调节旋钮5和螺柱，螺柱穿过底座平台6，上端螺接有螺柱帽7，下端连接有锥体地脚4，调节旋钮5设置在底座平台6和锥体地脚4之间并与螺柱螺纹连接。为了减轻整个装置的重量，底座平台6中间开设有镂空结构，通过调整支撑座的调节旋钮5并观察水平仪13的状态，实现测试装置与地面水平。

为了防止在爆炸物度元件造成损伤，本实施例中，光场相机17外套有保护壳16，光场相机17的光学镜头外露在保护壳16外，转轴22与保护壳16连接；角度编码器外设置有方壳14。

基于上述双光场相机破片参数测试装置，本实施例还提供了一种双光场相机破片参数测试方法，图8为光场相机破片参数测试的光场相机透镜成像示意图，对于空间某一个破片经过光场相机主透镜坐标可表示为(g,h)，经过微透镜阵列坐标可表示为(u,v)，最后在CCD成像点坐标可表示为(x_i,y_i)，主透镜焦距为F，微透镜焦距为f。图9为双光场相机破片参数测试的两个光场相机交汇测试破片示意图，两台光场相机交汇视场中某一个破片P,以两台光场相机的中点为原点建立坐标系，d为两台光场相机之间的距离，θ₁与θ₂分别为两个光场相机的倾角，γ₁与γ₂分别为破片P与两台光场相机光轴的夹角在xoy面的投影角，(u_1i,v_1i)与(u_i2,v_i2)两个光场相机所获得的破片图像的质心像素坐标。

基于以上示意图，该方法包括以下步骤：

步骤1、将两组图像测试装置和两个图像采集仪1分别相对设置，调节图像测试装置底座平台6下方支撑座的调节旋钮5，并观察水平仪13的状态，使得图像测试装置与地面水平；

步骤2、通过转动第一转动手柄24带动第一螺柱10转动，将倒U形移动滑块12滑动到燕尾型平台9任意位置，使两台光场相机17分别对称布置在弹丸飞行方向的两侧，并测量两台光场相机17的距离，记为d；打开两组图像测试单元中线激光19的电源，直到两个线激光19完全重合，完成两组图像测试单元中的光场相机17结构对准；

步骤3、通过电机2带动转轴22转动，进而带动广场相机转动到设定角度，角度编码器读取两组图像测试单元中广场相机转动的角度值，分别记为θ₁与θ₂；弹丸处于远离两组图像测试单元中间的位置，当弹丸爆炸时，弹丸爆炸产生的破片群分布在两个光场相机17的交汇视场中，光电位置传感器检测到炸点形成破片场范围，将信号传输给上位机3，图像采集仪1连续接收并处理两个光场相机17所采集到的图片，获得破片成像像素坐标；

步骤4、结合数字重聚焦原理，破片重聚焦于新的像平面上形成清晰的像(光场相机自带有重聚焦功能，光场相机拍摄时可自行重聚焦，新的相平面在光场相机内部)，经过图像处理技术得到重聚焦后破片在质心像素坐标为(x_i,y_i)为：

其中，(u_i,v_i)是破片在光场相机17的微透镜阵列的位置坐标；(x′_i,y′_i)表示光场相机重聚焦之前破片的质心像素坐标；

步骤5、假设两台光场相机交汇视场中某一个破片的空间位置坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，i＝1,2,…,n，则(X_i,Y_i,Z_i)具体计算如下所示：

其中，x_1i,y_1i和(x_2i,y_2i)两个光场相机17所获得的破片图像的质心像素坐标，θ₁与θ₂分别为两个光场相机17的倾角，d是两个光场相机17之间的距离。

该装置通过调节光场相机与地面的倾斜角，以及双光场相机之间的距离，形成不同大小、不同位置的探测区域，以测试不同大小范围破片场内破片的位置参数，实现对破片空间位置的快速测试。

以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双光场相机破片参数测试方法，其特征在于，所述测试方法基于双光场相机破片参数测试装置实现，所述测试装置包括两组结构相同且相对设置的测试单元，每组所述测试单元均包括图像采集仪(1)和图像测试装置；

所述图像测试装置包括燕尾型平台(9)、倒U形移动滑块(12)、相机固定架(15)和光场相机(17)，所述倒U形移动滑块(12)设置在所述燕尾型平台(9)上，并与所述燕尾型平台(9)水平滑动连接，所述相机固定架(15)设置在所述倒U形移动滑块(12)上，并与所述倒U形移动滑块(12)转动连接；所述相机固定架(15)的顶部和一侧呈开放状态，所述光场相机(17)的相机座两侧均设置有转轴(22)，所述转轴(22)端部分别与所述相机固定架(15)两侧内壁转动连接，所述相机固定架(15)相对的两个侧壁外分别设置有电机(2)和角度编码器，所述电机(2)的输出轴与一个所述转轴(22)传动连接，所述角度编码器的检测端与另一个所述转轴(22)连接；所述光场相机(17)下方靠近所述相机固定架(15)一侧设置有光电位置传感器(18)和线激光(19)；

所述光场相机(17)通过数据线与所述图像采集仪(1)电连接,所述电机(2)、角度编码器、光电位置传感器(18)、线激光(19)和图像采集仪(1)均与上位机(3)连接；

还包括第一螺柱(10)，所述燕尾型平台(9)顶部沿长度方向开设有容纳所述第一螺柱(10)的凹槽，所述倒U形移动滑块(12)底部沿长度方向开设有与所述第一螺柱(10)配合的螺纹槽，所述第一螺柱(10)设置在所述凹槽内，一端与所述燕尾型平台(9)转动连接，另一端设置有第一转动手柄(24)，所述第一螺柱(10)与所述螺纹槽螺纹配合；

所述倒U形移动滑块(12)底部还设置有底座平台(6)，所述倒U形移动滑块(12)通过紧固螺丝(8)与所述底座平台(6)连接；所述底座平台(6)的四个角各设有一个支撑座，每个所述支撑座均包括调节旋钮(5)和螺柱，所述螺柱穿过所述底座平台(6)，上端螺接有螺柱帽(7)，下端连接有锥体地脚(4)，所述调节旋钮(5)设置在所述底座平台(6)和锥体地脚(4)之间并与所述螺柱螺纹连接；

所述测试包括以下步骤：

步骤1、将两组图像测试装置和两个图像采集仪(1)分别相对设置，调节图像测试装置底座平台(6)下方支撑座的调节旋钮(5)，并观察水平仪(13)的状态，使得图像测试装置与地面水平；

步骤2、通过转动第一转动手柄(24)带动第一螺柱(10)转动，将倒U形移动滑块(12)滑动到燕尾型平台(9)任意位置，使两台光场相机(17)分别对称布置在弹丸飞行方向的两侧，并测量两台光场相机(17)的距离，记为d；打开两组图像测试单元中线激光(19)的电源，直到两个线激光(19)完全重合，完成两组图像测试单元中的光场相机(17)结构对准；

步骤3、通过电机(2)带动转轴(22)转动，进而带动广场相机转动到设定角度，角度编码器读取两组图像测试单元中广场相机(17)转动的角度值，分别记为θ₁与θ₂；弹丸处于远离两组图像测试单元中间的位置，当弹丸爆炸时，弹丸爆炸产生的破片群分布在两个光场相机(17)的交汇视场中，图像采集仪(1)连续接收并处理两个光场相机(17)所采集到的图片，获得破片成像像素坐标；

步骤4、结合数字重聚焦原理，破片重聚焦于新的像平面上形成清晰的像，经过图像处理技术得到重聚焦后破片在质心像素坐标为(x_i,y_i)为：

其中，(u_i,v_i)是破片在光场相机的微透镜阵列的位置坐标；(x'_i,y'_i)表示光场相机重聚焦之前破片的质心像素坐标；

步骤5、假设两台光场相机交汇视场中某一个破片的空间位置坐标为(X_i,Y_i,Z_i)，i＝1,2,…,n，则(X_i,Y_i,Z_i)具体计算如下所示：

其中，(x_1i,y_1i)和(x_2i,y_2i)表示两个光场相机所获得的破片图像的质心像素坐标，θ₁与θ₂分别为两个光场相机的倾角，d是两个光场相机之间的距离。

2.根据权利要求1所述的双光场相机破片参数测试方法，其特征在于，还包括第二螺柱(20)和凹型圆盘(23)，所述凹型圆盘(23)底部通过支撑柱与所述倒U形移动滑块(12)顶部转动连接，所述相机固定架(15)设置在所述凹型圆盘(23)内；所述凹型圆盘(23)一侧相对设置有两个卡座(21)，所述第二螺柱(20)两端分别与两个所述卡座(21)转动连接，所述第二螺柱(20)一端穿过所述卡座(21)并在端部设置有第二转动手柄(25)；所述凹型圆盘(23)外壁设置有与所述第二螺柱(20)配合的外螺纹，所述凹型圆盘(23)外壁与所述第二螺柱(20)互相啮合。

3.根据权利要求1所述的双光场相机破片参数测试方法，其特征在于，所述倒U形移动滑块(12)顶部两侧分别设置有水平仪(13)。

4.根据权利要求1所述的双光场相机破片参数测试方法，其特征在于，所述倒U形移动滑块(12)四角设有锁紧旋钮(11)。

5.根据权利要求1所述的双光场相机破片参数测试方法，其特征在于，所述光场相机(17)外套有保护壳(16)，所述光场相机(17)的光学镜头外露在所述保护壳(16)外，所述转轴(22)与所述保护壳(16)连接；所述角度编码器外设置有方壳(14)。

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