基于高速成像技术的弹丸运动位姿参数测量方法研究
发布时间：2021-09-15 20:28
火箭、导弹和弹丸等靶场试验运动目标的运动位姿参数是反映其空间运动状态的关键参数,对武器系统性能分析及综合性能的考核有着重要的作用。现有的高速成像技术无法同时兼顾分辨力、拍摄频率、感光度及测量方便性,影响了其在靶场高速小目标位姿参数的测量精度及应用。本文开展一种基于高速成像技术的弹丸运动位姿参数测量方法研究,尝试提高高速小目标的空间位姿测量精度。在分析了高速小目标对象的特性及现有成像技术的基础上,提出了一种基于高分辨率成像、激光照明及双目成像技术的弹丸运动位姿参数高精度测量方法,并据此开展了测量方案设计,给出了测量原理及系统组成。该方法与现有方法比,具有测量简单、灵活、精度高的特点,适合于野外测量。针对高速小目标运动产生的模糊量,研究了脉冲激光光源照明技术。根据高速小目标运动和结构特性,以及高分辨率相机的性能,理论分析计算激光光源参数选取的依据。分析出激光照明下的图像噪声主要为散斑噪声,给出了一种基于同态滤波和双边滤波相结合的去噪算法,在去噪的同时很好地保护了图像的细节信息。针对弹丸的高速旋转下位姿参数测量需求,根据弹丸模型、弹丸在身管中的运动规律及弹丸双目视觉成像模型,确定了沿弹丸轴线...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１阴影成像技术拍摄的照片??从图Ｌ１可以看出，拍摄的是强激光照射在弹丸表面其在反射屏上的虚像，主要突??
少闻对靶场姿态测量问题进行了分类，针对不同的情况设计了五种主要的法［１３］。针对靶场目标像面上中轴线的提取，研宄者提出了很多种算法，但术己经达到了很成熟的地步，欲想单单通过图像处理进一步地提高测量精大的突破了。??有研究者分析基于光电经纬仪的中轴线面面交会法测量误差的来源，得出测量的主要因素是图像中轴线倾角的提取精度和双站交会角的大小［１４］，而线角度提取精度主要依赖目标大小、图像质量等因素，因而针对不同的测境等对精度有较大的影响。??外，弹丸模型是轴对称的其外轮廓无法反映其自转角的状态，导致中轴线无法测量弹丸的自转角。对于弹丸模型为回转体结构，自身缺乏足够的角丸表面较为光滑，其没有明显的几何特征点，为了测量弹丸的自转角信息，表面上制作辅助标志。其中，向丽提出一种基于单站光测图像的自转角测用螺旋线作为辅助标志，如图１．２?（ａ）所示，通过检测图像上螺旋线与目标线段的长度，再根据几何先验知识及约束关系获得目标的自转角［１１李清制作螺旋标志点的方法，如图１．２?（ｂ）所示，通过对目标表面一组同名特，计算出目标的自转角［１６］。??
过程即消显现象，这样将容易导致特征点的识别匹配混乱。??针对旋转类模型，刘双军提出了一种螺旋加速式标志布局方式，即沿着轴向螺旋??布置圆形标记点，如图１．３所示，基于先验分布距离完成左右图像同名点的匹配，但这??种方法标记点设计不便，同名点识别也不直观，且算法较复杂【１８］。???图１．３表面螺旋标记点的设计??尚志亮［１９］提出一种在目标上安装四种颜色ＬＥＤ二极管作为标记点，利用特征颜色??信息对周向布置的标记点进行颜色编码，基于分组片段整体匹配的方式完成对标记点??的识别匹配，如图１．４所示。利用颜色信息识别具有较好的直观性和简便性，但存在破??坏目标自身的结构，使其适用范围受到一定的限制。??嘗、增??＾?＾?ＷＷ?８??图１．４标记点彩色编码布局示意图??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]最优区域划分的飞行器视觉测量标记[J]. 姜威,辛海华,邓永福,厉智强. 探测与控制学报. 2017(02)
[2]基于误差四元数的火箭主动滚转控制技术研究[J]. 郑新,杨宇和,严宝峰,付维贤,赵民. 导弹与航天运载技术. 2017(01)
[3]测量空间相机像移量的联合变换相关器的改进[J]. 许博谦,郭永飞,王刚. 光学精密工程. 2014(06)
[4]基于信号子空间谱域约束的激光主动成像散斑噪声去除[J]. 王灿进,孙涛,王锐,王挺峰,陈娟. 中国激光. 2013(11)
[5]激光主动成像图像噪声抑制方法[J]. 吴坤,张合新,孟飞,陈聪. 红外与激光工程. 2013(09)
[6]关于大角度范围内四元数与欧拉角转换的思考[J]. 夏喜旺,杜涵,刘汉兵. 导弹与航天运载技术. 2012(05)
[7]基于高速摄像的某型小口径火炮动态测试[J]. 赵富全,丛孟凯,张海永. 电子测量技术. 2011(10)
[8]基于奇异值分解的刚体位姿误差检测方法[J]. 李新友,陈五一. 计算机集成制造系统. 2011(09)
[9]靶场光测图像小目标中轴线提取方法[J]. 王鲲鹏,张小虎,于起峰. 计算机工程. 2011(09)
[10]三次序列闪光阴影照相系统研究[J]. 罗红娥,顾金良,陈平,夏言,栗保明. 半导体光电. 2011(02)
博士论文
[1]基于近景摄影测量的高精度姿态测量研究[D]. 王卫文.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]空间目标的单目视觉位姿测量方法研究[D]. 夏军营.国防科学技术大学 2012
[3]小、暗、多、快目标的分布式主动测量系统布站概念研究[D]. 李明晶.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]靶场图像目标检测跟踪与定姿技术研究[D]. 王鲲鹏.国防科学技术大学 2010
[5]大型装备在线三维视觉测量系统关键技术研究[D]. 徐巧玉.哈尔滨工业大学 2007
[6]运动目标姿态与速度测量的理论及实验研究[D]. 崔彦平.天津大学 2007
[7]空中目标姿态测量技术及其仿真实验研究[D]. 李清安.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
硕士论文
[1]基于模型的双目位姿测量方法研究与实现[D]. 杨阳.西安电子科技大学 2015
[2]副油箱模型风洞自由投实验技术研究[D]. 尚志亮.大连理工大学 2015
[3]基于靶道阴影照相的弹丸气动力参数辨识研究[D]. 赵构.南京理工大学 2015
[4]针对目标姿态测量的中轴线测算方法研究[D]. 丁少闻.国防科学技术大学 2013
[5]提高回转体目标姿态测量精度的方法研究[D]. 王超.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[6]高速投放模型位姿测量技术研究[D]. 刘双军.大连理工大学 2012
[7]空间运动目标姿态测量系统研究[D]. 姚凌飞.哈尔滨工业大学 2010
[8]高速飞行体的快速成像及处理技术研究[D]. 周亮.南京理工大学 2009
[9]基于大功率LED闪光成像的速度测量研究[D]. 熊发田.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2008
本文编号：3396757
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１阴影成像技术拍摄的照片??从图Ｌ１可以看出，拍摄的是强激光照射在弹丸表面其在反射屏上的虚像，主要突??
少闻对靶场姿态测量问题进行了分类，针对不同的情况设计了五种主要的法［１３］。针对靶场目标像面上中轴线的提取，研宄者提出了很多种算法，但术己经达到了很成熟的地步，欲想单单通过图像处理进一步地提高测量精大的突破了。??有研究者分析基于光电经纬仪的中轴线面面交会法测量误差的来源，得出测量的主要因素是图像中轴线倾角的提取精度和双站交会角的大小［１４］，而线角度提取精度主要依赖目标大小、图像质量等因素，因而针对不同的测境等对精度有较大的影响。??外，弹丸模型是轴对称的其外轮廓无法反映其自转角的状态，导致中轴线无法测量弹丸的自转角。对于弹丸模型为回转体结构，自身缺乏足够的角丸表面较为光滑，其没有明显的几何特征点，为了测量弹丸的自转角信息，表面上制作辅助标志。其中，向丽提出一种基于单站光测图像的自转角测用螺旋线作为辅助标志，如图１．２?（ａ）所示，通过检测图像上螺旋线与目标线段的长度，再根据几何先验知识及约束关系获得目标的自转角［１１李清制作螺旋标志点的方法，如图１．２?（ｂ）所示，通过对目标表面一组同名特，计算出目标的自转角［１６］。??
过程即消显现象，这样将容易导致特征点的识别匹配混乱。??针对旋转类模型，刘双军提出了一种螺旋加速式标志布局方式，即沿着轴向螺旋??布置圆形标记点，如图１．３所示，基于先验分布距离完成左右图像同名点的匹配，但这??种方法标记点设计不便，同名点识别也不直观，且算法较复杂【１８］。???图１．３表面螺旋标记点的设计??尚志亮［１９］提出一种在目标上安装四种颜色ＬＥＤ二极管作为标记点，利用特征颜色??信息对周向布置的标记点进行颜色编码，基于分组片段整体匹配的方式完成对标记点??的识别匹配，如图１．４所示。利用颜色信息识别具有较好的直观性和简便性，但存在破??坏目标自身的结构，使其适用范围受到一定的限制。??嘗、增??＾?＾?ＷＷ?８??图１．４标记点彩色编码布局示意图??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]最优区域划分的飞行器视觉测量标记[J]. 姜威,辛海华,邓永福,厉智强. 探测与控制学报. 2017(02)
[2]基于误差四元数的火箭主动滚转控制技术研究[J]. 郑新,杨宇和,严宝峰,付维贤,赵民. 导弹与航天运载技术. 2017(01)
[3]测量空间相机像移量的联合变换相关器的改进[J]. 许博谦,郭永飞,王刚. 光学精密工程. 2014(06)
[4]基于信号子空间谱域约束的激光主动成像散斑噪声去除[J]. 王灿进,孙涛,王锐,王挺峰,陈娟. 中国激光. 2013(11)
[5]激光主动成像图像噪声抑制方法[J]. 吴坤,张合新,孟飞,陈聪. 红外与激光工程. 2013(09)
[6]关于大角度范围内四元数与欧拉角转换的思考[J]. 夏喜旺,杜涵,刘汉兵. 导弹与航天运载技术. 2012(05)
[7]基于高速摄像的某型小口径火炮动态测试[J]. 赵富全,丛孟凯,张海永. 电子测量技术. 2011(10)
[8]基于奇异值分解的刚体位姿误差检测方法[J]. 李新友,陈五一. 计算机集成制造系统. 2011(09)
[9]靶场光测图像小目标中轴线提取方法[J]. 王鲲鹏,张小虎,于起峰. 计算机工程. 2011(09)
[10]三次序列闪光阴影照相系统研究[J]. 罗红娥,顾金良,陈平,夏言,栗保明. 半导体光电. 2011(02)
博士论文
[1]基于近景摄影测量的高精度姿态测量研究[D]. 王卫文.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2015
[2]空间目标的单目视觉位姿测量方法研究[D]. 夏军营.国防科学技术大学 2012
[3]小、暗、多、快目标的分布式主动测量系统布站概念研究[D]. 李明晶.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2011
[4]靶场图像目标检测跟踪与定姿技术研究[D]. 王鲲鹏.国防科学技术大学 2010
[5]大型装备在线三维视觉测量系统关键技术研究[D]. 徐巧玉.哈尔滨工业大学 2007
[6]运动目标姿态与速度测量的理论及实验研究[D]. 崔彦平.天津大学 2007
[7]空中目标姿态测量技术及其仿真实验研究[D]. 李清安.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
硕士论文
[1]基于模型的双目位姿测量方法研究与实现[D]. 杨阳.西安电子科技大学 2015
[2]副油箱模型风洞自由投实验技术研究[D]. 尚志亮.大连理工大学 2015
[3]基于靶道阴影照相的弹丸气动力参数辨识研究[D]. 赵构.南京理工大学 2015
[4]针对目标姿态测量的中轴线测算方法研究[D]. 丁少闻.国防科学技术大学 2013
[5]提高回转体目标姿态测量精度的方法研究[D]. 王超.中国科学院研究生院（光电技术研究所） 2013
[6]高速投放模型位姿测量技术研究[D]. 刘双军.大连理工大学 2012
[7]空间运动目标姿态测量系统研究[D]. 姚凌飞.哈尔滨工业大学 2010
[8]高速飞行体的快速成像及处理技术研究[D]. 周亮.南京理工大学 2009
[9]基于大功率LED闪光成像的速度测量研究[D]. 熊发田.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2008
本文编号：3396757
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