一种破片或弹丸散布特性测试装置的制作方法
本发明涉及光电检测技术领域，特别是涉及一种破片或弹丸散布特性测试装置。
背景技术：
在战斗部爆炸场中，目前尚采用铺设钢板或钢丝网进行破片散布特性的测试方法。在大靶面弹丸散布测试领域，采用天光作为背景光源的线阵相机交汇测坐标方式是最常见手段。双相机与地面成45°交汇形成有效靶面，以天光作为背景光源，当弹丸经过有效靶面时遮挡太阳光使光通量发生变化，在相机视场中产生一个暗斑，通过标定系统中像素对应位置可以计算得到弹丸过靶信息。但是，在实际使用中会受天气状况影响，无法在室内使用，且通过交汇形成的有效测试靶面的利用率较低。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种破片或弹丸过靶图像获取装置、破片或弹丸过靶位置确定方法及系统和一种破片或弹丸散布特性测试装置，光源为激光光源，无需天空亮度作为背景，装置可全天候使用。同时，扇形光幕能够覆盖正方形靶区，有效靶面利用率高，装置结构紧凑。进一步地，本发明采用激光光幕原向反射技术，光能利用率高，成像对比度强，可以实现超大靶面探测。而且，每个触发目标只拍摄一幅图像，无需连拍，数据量小，数据处理速度快。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种破片或弹丸过靶图像获取装置，所述过靶图像获取装置用于获取破片或弹丸的过靶图像，其中，破片或弹丸过靶的有效靶区为正方形靶区，所述过靶图像获取装置包括：原向反射膜、激光器、反射镜、线阵相机和拍摄触发模块；其中，
所述正方形靶区的其中三条边上均粘贴有所述原向反射膜，两个所述线阵相机对应所述正方形靶区的另一条边设置，所述线阵相机光心位于所述正方形靶区对角线的延长线上，两个所述线阵相机与所述正方形靶区的所述另一条边的距离相等；
对应每一线阵相机设置有一激光器，所述激光器用于发射一字线激光，所述激光器的出射光线与对应的线阵相机的视场重合；
对应每一所述激光器设置有一反射镜，各所述反射镜将对应激光器发出的激光反射到原向反射膜上，形成覆盖所述正方形靶区的扇形光幕；
所述拍摄触发模块与所述线阵相机连接，所述拍摄触发模块用于当破片或弹丸接近所述正方形靶区时，触发所述线阵相机采集图像。
可选的，所述扇形光幕的圆心角为90°±θ，θ≤5°。
可选的，所述拍摄触发模块为面激光发射器，所述面激光发射器产生的触发光幕位于所述正方形靶区的正前方，所述触发光幕与所述正方形靶区的距离小于4毫米。
可选的，所述拍摄触发模块为光电探测器，所述光电探测器设置在对应的所述激光器上。
一种破片或弹丸过靶位置确定方法，所述过靶位置确定方法用于所述的过靶图像获取装置，所述过靶位置确定方法包括：
获取线阵相机采集的过靶图像；
建立直角坐标系，所述直角坐标系的x轴为两个线阵相机光心所在的直线，所述直角坐标系的原点为其中一个线阵相机的光心；
将过靶图像上的过靶位置标记在所述直角坐标系中，记为图像过靶点；
根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置。
可选的，根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置，具体包括：
获取线阵相机的焦距f、第一线阵相机的仰角α0和第二线阵相机的仰角β0；
计算各图像过靶点距对应线阵相机光心的距离，其中，h1＝|p1o1|，h2＝|p2o2|，h1表示第一线阵相机采集的图像过靶点距第一线阵相机光心的距离，p1表示第一线阵相机采集的图像过靶点，o1表示第一线阵相机的光心；h2表示第二线阵相机采集的图像过靶点距第二线阵相机光心的距离，p2表示第二线阵相机采集的图像过靶点，o2表示第二线阵相机的光心；
根据公式：
根据公式：θ＝arctan(h2/f)，确定第二线阵相机的偏转角，其中，θ表示第二线阵相机偏转角；
根据公式：
根据公式：β＝β0+θ，确定第二线阵相机的物角，其中，β表示第二线阵相机的物角；
根据公式：
根据公式：
一种破片或弹丸过靶位置确定系统，所述过靶位置确定系统用于所述的过靶图像获取装置，所述过靶位置确定系统包括：
过靶图像获取模块，用于获取线阵相机采集的过靶图像；
坐标系建立模块，用于建立直角坐标系，所述直角坐标系的x轴为两个线阵相机光心所在的直线，所述直角坐标系的原点为其中一个线阵相机的光心；
图像过靶标记模块，用于将过靶图像上的过靶位置标记在所述直角坐标系中，记为图像过靶点；
实际过靶确定模块，用于根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置。
一种破片或弹丸散布特性测试装置，破片或弹丸过靶的有效靶区为正方形靶区，所述散布特性测试装置包括：原向反射膜、激光器、反射镜、线阵相机、拍摄触发模块和处理器；其中，
所述正方形靶区的其中三条边上均粘贴有所述原向反射膜，两个所述线阵相机对应所述正方形靶区的另一条边设置，所述线阵相机光心位于所述正方形靶区对角线的延长线上，两个所述线阵相机与所述正方形靶区的所述另一条边的距离相等；
对应每一线阵相机设置有一激光器，所述激光器用于发射一字线激光，所述激光器的出射光线与对应的线阵相机的视场重合；
对应每一所述激光器设置有一反射镜，各所述反射镜将对应激光器发出的激光反射到原向反射膜上，形成覆盖所述正方形靶区的扇形光幕；
所述拍摄触发模块与所述线阵相机连接，所述拍摄触发模块用于当破片或弹丸接近所述正方形靶区时，触发所述线阵相机采集图像；
所述处理器与所述线阵相机连接，所述处理器集成有
用于获取线阵相机采集的过靶图像的过靶图像获取模块；
用于建立直角坐标系的坐标系建立模块，所述直角坐标系的x轴为两个线阵相机光心所在的直线，所述直角坐标系的原点为其中一个线阵相机的光心；
用于将过靶图像上的过靶位置标记在所述直角坐标系中，记为图像过靶点的图像过靶标记模块；
用于根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置的实际过靶确定模块。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明的光源为激光光源，无需天空亮度作为背景，装置可全天候使用。同时，扇形光幕能够覆盖正方形靶区，有效靶面利用率高，装置结构紧凑。进一步地，本发明采用激光光幕原向反射技术，光能利用率高，成像对比度强，可以实现超大靶面探测。而且，每个触发目标只拍摄一幅图像，无需连拍，数据量小，数据处理速度快。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，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1提供的一种破片或弹丸过靶图像获取装置的结构框图；
图2为本发明实施例2提供的一种破片或弹丸过靶图像获取装置的结构框图；
图3为本发明实施例3提供的一种破片或弹丸过靶位置确定方法的流程图；
图4为本发明实施例3提供的一种破片或弹丸过靶位置确定方法的原理图；
图5为本发明实施例4提供的一种破片或弹丸过靶位置确定系统的结构框图。
具体实施方式
下面将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。
本发明的目的是提供一种破片或弹丸过靶图像获取装置、破片或弹丸过靶位置确定方法及系统和一种破片或弹丸散布特性测试装置，光源为激光光源，无需天空亮度作为背景，装置可全天候使用。同时，扇形光幕能够覆盖正方形靶区，有效靶面利用率高，装置结构紧凑。进一步地，本发明采用激光光幕原向反射技术，光能利用率高，成像对比度强，可以实现超大靶面探测。而且，每个触发目标只拍摄一幅图像，无需连拍，数据量小，数据处理速度快。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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为本发明实施例1提供的一种破片或弹丸过靶图像获取装置的结构框图。如图1所示，一种破片或弹丸过靶图像获取装置，所述过靶图像获取装置用于获取破片或弹丸的过靶图像，其中，破片或弹丸过靶的有效靶区为正方形靶区10，所述过靶图像获取装置包括：原向反射膜11、反射镜12、线阵相机13、拍摄触发模块14和激光器15。
所述正方形靶区10的其中三条边上均粘贴有所述原向反射膜11，三条边上的原向反射膜11形成“u”型原向反射膜。本实施例中，原向反射膜11为玻璃微珠原向反射膜。
两个所述线阵相机11对应所述正方形靶区10的另一条边设置，即线阵相机11设置在正方形靶区10未粘贴原向反射膜的那一条边的下方。所述线阵相机13光心位于所述正方形靶区10对角线的延长线上，两个所述线阵相机13与所述正方形靶区10未粘贴原向反射膜的那一条边的距离相等。
对应每一线阵相机13设置有一激光15，所述激光器15用于发射一字线激光，所述激光器15的出射光线与对应的线阵相机13的视场重合。
对应每一所述激光器15设置有一反射镜12，各所述反射镜12将对应激光器15发出的激光反射到原向反射膜11上，形成覆盖所述正方形靶区10的扇形光幕16。作为一种优选方案，所述扇形光幕16的圆心角为90°±θ，θ≤5°。
所述拍摄触发模块14与所述线阵相机13连接，所述拍摄触发模块14用于当破片或弹丸接近所述正方形靶区10时，触发所述线阵相机13采集图像。具体实施中，可根据实际应用需要设置拍摄触发模块14的触发时间，使破片或弹丸与所述正方形靶区10的距离小于或者等于5毫米时，触发线阵相机13采集图像。
本实施例中，所述拍摄触发模块14为面激光发射器，所述面激光发射器产生的触发光幕位于所述正方形靶区的正前方，所述触发光幕与所述正方形靶区的距离小于4毫米。
本实施例提供的过靶图像获取装置的工作过程如下：
每一个线阵相机匹配一背景光幕，以其中一个线阵相机为例，对应的激光器发射的一字线激光经反射镜反射，以接近90度扇角入射到对应的两条边上的原向反射膜，形成扇形光幕16，其光轴与线阵相机视场共轴，且与成像探测平面共面。激光线经原向反射膜成像到线阵相机感光面上，在线阵相机视场中形成明亮背景。
拍摄触发模块也产生一个与成像平面平行的扇形触发光幕17，按照破片/弹丸飞行方向，扇形触发光幕17位于成像平面前方小于4mm的位置。当破片或弹丸飞行穿过触发光幕17时，产生外触发信号，拍摄触发模块将触发信号传输给线阵相机，线阵相机进行图像采集和存储。当各破片飞行穿过有效靶面10时，遮挡原向反射膜上激光线的某一位置，便在相机中原亮线的某个位置成像为一个暗斑。
图2为本发明实施例2提供的一种破片或弹丸过靶图像获取装置的结构框图。与实施例1不同的是，所述拍摄触发模块为光电探测器，所述光电探测器设置在对应的所述激光器15上。
与实施例1类似，以其中一个线阵相机为例，激光器发射的一字线激光经反射镜反射，以接近90度扇角入射到对应的两条边上的原向反射膜，形成扇形光幕16，其光轴与线阵相机视场共轴，且与成像探测平面共面。一部分激光线经原向反射膜成像到线阵相机感光面上，在线阵相机视场中形成明亮背景，另一部分激光由反射镜反射回光电探测器，产生外触发信号并传输给高速线阵相机，进行图像采集和存储。当各破片/弹丸飞行穿过有效靶面时，遮挡原向反射膜上激光线的某一位置，便在相机中原亮线的某个位置成像为一个暗斑。
图3为本发明实施例3提供的一种破片或弹丸过靶位置确定方法的流程图。图4为本发明实施例3提供的一种破片或弹丸过靶位置确定方法的原理图。如图3和图4所示，一种破片或弹丸过靶位置确定方法，所述过靶位置确定方法用于实施例1和实施例2所述的过靶图像获取装置，所述过靶位置确定方法包括：
步骤301：获取线阵相机采集的过靶图像；
步骤302：建立直角坐标系，所述直角坐标系的x轴为两个线阵相机光心所在的直线，所述直角坐标系的原点为其中一个线阵相机的光心；
步骤303：将过靶图像上的过靶位置标记在所述直角坐标系中，记为图像过靶点；
步骤304：根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置。
如图4所示，步骤304：根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置，具体包括：
获取线阵相机的焦距f、第一线阵相机的仰角α0和第二线阵相机的仰角β0。
计算各图像过靶点距对应线阵相机光心的距离，其中，h1＝|p1o1|，h2＝|p2o2|，h1表示第一线阵相机采集的图像过靶点距第一线阵相机光心的距离，p1表示第一线阵相机采集的图像过靶点，o1表示第一线阵相机的光心；h2表示第二线阵相机采集的图像过靶点距第二线阵相机光心的距离，p2表示第二线阵相机采集的图像过靶点，o2表示第二线阵相机的光心。
根据公式：
根据公式：θ＝arctan(h2/f)，确定第二线阵相机的偏转角，其中，θ表示第二线阵相机偏转角。
根据公式：
根据公式：β＝β0+θ，确定第二线阵相机的物角，其中，β表示第二线阵相机的物角；本实施例中，α0和β0均为45°。
根据公式：
根据公式：
实施例4：
图5为本发明实施例4提供的一种破片或弹丸过靶位置确定系统的结构框图。如图5所示，一种破片或弹丸过靶位置确定系统，所述过靶位置确定系统用于实施例1和实施例2所述的过靶图像获取装置，所述过靶位置确定系统包括：
过靶图像获取模块401，用于获取线阵相机采集的过靶图像。
坐标系建立模块402，用于建立直角坐标系，所述直角坐标系的x轴为两个线阵相机光心所在的直线，所述直角坐标系的原点为其中一个线阵相机的光心。
图像过靶标记模块403，用于将过靶图像上的过靶位置标记在所述直角坐标系中，记为图像过靶点。
实际过靶确定模块404，用于根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置。
本发明还提供了一种破片或弹丸散布特性测试装置。破片或弹丸过靶的有效靶区为正方形靶区，破片或弹丸散布特性测试装置包括：原向反射膜、激光器、反射镜、线阵相机、拍摄触发模块和处理器。
所述正方形靶区的其中三条边上均粘贴有所述原向反射膜，两个所述线阵相机对应所述正方形靶区的另一条边设置，所述线阵相机光心位于所述正方形靶区对角线的延长线上，两个所述线阵相机与所述正方形靶区的所述另一条边的距离相等。
对应每一线阵相机设置有一激光器，所述激光器用于发射一字线激光，所述激光器的出射光线与对应的线阵相机的视场重合。
对应每一所述激光器设置有一反射镜，各所述反射镜将对应激光器发出的激光反射到原向反射膜上，形成覆盖所述正方形靶区的扇形光幕。
所述拍摄触发模块与所述线阵相机连接，所述拍摄触发模块用于当破片或弹丸接近所述正方形靶区时，触发所述线阵相机采集图像。
所述处理器与所述线阵相机连接，所述处理器集成有
用于获取线阵相机采集的过靶图像的过靶图像获取模块；
用于建立直角坐标系的坐标系建立模块，所述直角坐标系的x轴为两个线阵相机光心所在的直线，所述直角坐标系的原点为其中一个线阵相机的光心；
用于将过靶图像上的过靶位置标记在所述直角坐标系中，记为图像过靶点的图像过靶标记模块；
用于根据图像过靶点距对应线阵相机光心的距离、线阵相机的焦距、线阵相机的仰角及两个线阵相机光心的距离确定实际过靶位置的实际过靶确定模块。
本发明提供的技术方案，已知两个线阵相机光心距离、破片/弹丸在图像中的过靶位置与相机视场中轴线的夹角，即可解算出靶面内飞行穿过的各个破片/弹丸片的实际过靶坐标。战斗部爆炸时，当多个破片飞行穿过靶面时，或枪炮实验射击多组弹丸时，采用本发明提供的破片或弹丸过靶位置确定系统，即可统计出靶面内破片或弹丸的散布特性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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