基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置及检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术设计了一种基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置及检测方法，图像传感器设置在零飞仪上，图像传感器用于采集炮火轴线前方图像，在统一的时间脉冲信号下，炮火轴线前方图像及其数据信息和跟踪器的目标跟踪图像及其数据信息均传送到计算机，计算机从跟踪器的目标跟踪图像中，根据跟踪器波门选择的范围，提取出跟踪目标，将跟踪目标和炮火轴线前方图像进行模板匹配，根据匹配算法计算相似度并输出匹配结果，在炮火轴线前方图像中定位跟踪器所跟踪目标的位置，计算平均零飞误差。具有目标自动检测与识别，图像处理分析、零飞误差自校正等集成优化特点，能够利用近距离角点目标检测舰炮系统综合误差。

Precision detection device and method of naval gun system based on image processing technology

【技术实现步骤摘要】
基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置及检测方法
本专利技术属于舰船精度检测
，尤其涉及一种基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置及检测方法。
技术介绍
某型公务执法船为完成其特殊使命任务，需要配备舰炮系统，包含舰炮、跟踪设备、火控设备、辅助设备等。舰炮对目标实时精确打击的一个很重要的条件是舰炮系统的零飞精度(也称跟踪瞄准精度)符合技术指标的要求，因此，如何快速、准确的检测舰炮系统的零飞精度尤为重要。零飞精度是评定舰炮系统战技性能的一项重要指标。所谓零飞精度是指当舰炮系统在零飞工作方式(即弹丸从炮口飞行至目标的时间为零，如果系统误差为零，则舰炮身管的轴线应该直接指向目标)下进行静态或动态跟踪瞄准时，火炮身管的轴线指向目标的精确程度。传统的零飞精度检测依靠零飞仪进行检测，零飞仪一般由电视测量装置、零飞仪显控台(或计算机)、通讯或电源转接箱等组成。使用零飞仪测量舰炮零飞精度的方法步骤为：安装与标定。将电视测量装置通过专用夹具固定在舰炮身管，连接电视测量装置与显控台之间电缆，通过标定方法调整电视测量装置光轴指向，使其与舰炮瞄准线保持一致；试验录取。在进行零飞试验时，根据目标和背景成像特性，通过在零飞仪显控台上调整亮度及对比度，使目标图像清晰，利用零飞仪实时录取零飞视频图像；将录取的零飞视频图像与跟踪器(跟踪雷达或光电跟踪仪等)跟踪目标的图像进行逐帧对比、处理，得出系统部稳定高低角和不稳定方位角的误差数据。传统的检测方法虽然可以通过电子设备较为快速测得系统零飞精度，但仍存在一定不足：(1)传统零飞仪通过电视测量装置录取视频图像来进行分析处理，但在跟踪目标的选择和识别上仍需要通过人工方式选择，使得选取的点与实际跟踪点在方位和高低上会造成偏差；(2)录取的视频图像不能和跟踪器的目标跟踪图像自动比对，而是通过人工读取数据，影响检测精度；(3)检测结果仅存在零飞仪单机设备上，无法由舰炮系统记录，不利于舰炮系统的维护与发展。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置及检测方法，具有目标自动检测与识别，图像处理分析、零飞误差自校正等集成优化特点，能够利用近距离角点目标检测舰炮系统综合误差。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：首先提供一种基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置，图像传感器设置在零飞仪上，图像传感器用于采集炮火轴线前方图像，跟踪器固定设置在船上，在统一的时间脉冲信号下，炮火轴线前方图像及其数据信息和跟踪器的目标跟踪图像及其数据信息均传送到计算机，计算机从跟踪器的目标跟踪图像中，根据跟踪器波门选择的范围，提取出跟踪目标，将跟踪目标和炮火轴线前方图像进行模板匹配，根据匹配算法计算相似度并输出匹配结果，在炮火轴线前方图像中定位跟踪器所跟踪目标的位置，计算跟踪目标相对于炮口瞄准线中心的方位偏差角度ex和高低偏差角度ey，通过阈值滤波剔除奇异点，计算平均零飞误差。按上述技术方案，计算机对各图像进行预处理，将图像转换到RGB空间，分解RGB模型彩色图像为3个颜色分量，基于像素灰度值的点操作对分解后的3个彩色分量分别进行图像增强，再合成为新的彩色图像。按上述技术方案，电源与通信转接箱为零飞仪提供电源，通信转接箱接收零飞仪图像传感器发送的视频信息；通过模拟接口给计算机提供时间统一信号，通过网络接口向计算机传输视频及数据信息，通信转接箱接收计算机对外发送的数据信息；通信转接箱具有与外部舰炮系统之间的通信接口。零飞仪上附有调整环，根据不同口径的舰炮选择与之相适应的调整环。本专利技术还一种舰炮系统精度检测方法，该方法包括以下步骤，步骤一，舰炮系统进入零飞工作模式，在统一的时间脉冲信号下，同时采集炮火轴线前方图像及其数据信息和跟踪器的目标跟踪图像及其数据信息；采用频率可根据用户需要进行设置，实现基于统一时间信息的图像记录。步骤二，从跟踪器的目标跟踪图像中，根据跟踪器波门选择的范围，提取出跟踪目标，将跟踪目标和炮火轴线前方图像进行模板匹配，根据匹配算法计算相似度并输出匹配结果；在炮火轴线前方图像中定位跟踪器所跟踪目标的位置；在某些环境下试验，计算机自动识别目标的方法可靠性较差，如图像上具有复杂背景，图像上具有与跟踪目标近似的其他元素等。此时，需要采用人工选定目标的方法。试验过程中，在计算机上人工选定跟踪目标，在目标上设置一个方框，以便检测系统在录取图像上根据方框选定区域识别跟踪目标。步骤三，根据基于模板匹配的图像识别对炮火轴线前方图像进行处理后，定位跟踪目标的位置，通过跟踪目标在图像中所处的相对位置，结合零飞仪摄像头的参数，计算跟踪目标相对于炮口瞄准线中心的方位偏差角度ex和高低偏差角度ey，通过阈值滤波剔除奇异点，计算平均零飞误差。所采集的每一组图像均可以计算出一组零飞误差值ex和ey，根据采用频率设置的不同，可能录取到数百幅图像。经过计算后便存在数百组零飞误差数据。所以对这些原始零飞误差数据根据需要进一步处理。按上述技术方案，所述步骤三中，模板匹配过程具体为，跟踪目标T是大小为P×Q模板，炮火轴线前方图像S为需要根据模板进行匹配的搜索图，大小为M×N，Sij是模板所覆盖的大小为P×Q的子图，i、j分别是子图左上角顶点在搜索图中的坐标，将搜索图划分成大小为MN的(M-P+1)(N-Q+1)个子图，从搜索图的原点开始，获取一个和模板图一样大小的子图，并根据匹配算法计算模板与子图的相似度，将模板在搜索图中顺序滑动，滑动方式为自左向右，自上向下，并计算每次移动后的相似度,最终得到(M-P+1)(N-Q+1)个数值，进行比较选取最佳匹配点。按上述技术方案，在匹配算法上，采用改进的MAD匹配算法，算法复杂度低，可有效降低运算量。如下所示：式中，搜索图像S的大小为M×N，模板图像T的大小为P×Q；x,y的搜索范围为：x＝0,1……M-P+1；y＝0,1……N-Q+1；为遍历匹配时，偏移量为(i，j)时的搜索子图像的平均值，为模板图像的平均值。摄像头获取的图像由于受到各种条件(天气、光照等环境影响)的以及随机噪声的干扰，并不能直接用于模板匹配。因此，在模板匹配之前需要对图像先进行预处理，减少噪声及无关信息干扰，增强并尽量完整保存目标特征。按上述技术方案，所述步骤二中，包括采用改进的灰度拉伸变换算法对各图像进行预处理，达到减少计算量，实现快速处理的目的。首先将图像转换到RGB空间，分解RGB模型彩色图像为3个颜色分量，基于像素灰度值的点操作对分解后的3个彩色分量分别进行图像增强，再合成为新的彩色图像。针对每个彩色分量的图像增强公式如下。图像增强公式：式中，H′和H分别表示增强后输出图像和视频输入图像的灰度值。选取一帧原图像中每个彩色分量上每一行的最小值，并将所有行的最小值进行累加求和并求平均，即为选取该帧图像的目标区间的最小值Min，同理选取该帧图像中每个彩色分量上每一行的最大值，并将所有行的最大值进行累加求和并求平均，即为选取该帧图像的目标区间的最大值Max，所以增强公式中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置，其特征在于，图像传感器设置在零飞仪上，图像传感器用于采集炮火轴线前方图像，跟踪器固定设置在船上，在统一的时间脉冲信号下，炮火轴线前方图像及其数据信息和跟踪器的目标跟踪图像及其数据信息均传送到计算机，计算机从跟踪器的目标跟踪图像中，根据跟踪器波门选择的范围，提取出跟踪目标，将跟踪目标和炮火轴线前方图像进行模板匹配，根据匹配算法计算相似度并输出匹配结果，在炮火轴线前方图像中定位跟踪器所跟踪目标的位置，计算跟踪目标相对于炮口瞄准线中心的方位偏差角度e

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置，其特征在于，图像传感器设置在零飞仪上，图像传感器用于采集炮火轴线前方图像，跟踪器固定设置在船上，在统一的时间脉冲信号下，炮火轴线前方图像及其数据信息和跟踪器的目标跟踪图像及其数据信息均传送到计算机，计算机从跟踪器的目标跟踪图像中，根据跟踪器波门选择的范围，提取出跟踪目标，将跟踪目标和炮火轴线前方图像进行模板匹配，根据匹配算法计算相似度并输出匹配结果，在炮火轴线前方图像中定位跟踪器所跟踪目标的位置，计算跟踪目标相对于炮口瞄准线中心的方位偏差角度ex和高低偏差角度ey，通过阈值滤波剔除奇异点，计算平均零飞误差。


2.根据权利要求1所述的基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置，其特征在于，计算机对各图像进行预处理，将图像转换到RGB空间，分解RGB模型彩色图像为3个颜色分量，基于像素灰度值的点操作对分解后的3个彩色分量分别进行图像增强，再合成为新的彩色图像。


3.根据权利要求1或2所述的基于图像处理技术的舰炮系统精度检测装置，其特征在于，电源与通信转接箱为零飞仪提供电源，通信转接箱接收零飞仪图像传感器发送的视频信息；通过模拟接口给计算机提供时间统一信号，通过网络接口向计算机传输视频及数据信息，通信转接箱接收计算机对外发送的数据信息；通信转接箱具有与外部舰炮系统之间的通信接口。


4.基于权利要求1-3任一项的一种舰炮系统精度检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，步骤一，舰炮系统进入零飞工作模式，在统一的时间脉冲信号下，同时采集炮火轴线前方图像及其数据信息和跟踪器的目标跟踪图像及其数据信息；
步骤二，从跟踪器的目标跟踪图像中，根据跟踪器波门选择的范围，提取出跟踪目标，将跟踪目标和炮火轴线前方图像进行模板匹配，根据匹配算法计算相似度并输出匹配结果；在炮火轴线前方图像中定位跟踪器所跟踪目标的位置；步骤三，根据基于模板匹配的图像识别对炮火轴线前方图像进行处理后，定位跟踪目标的位置，通过跟踪目标在图像中所处的相对位置，计算跟踪目标相对于炮口瞄准线中心的方位偏差角度ex和高低偏差角度ey，通过阈值滤波剔除奇异点，计算平均零飞误差。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李宙恒，黄金锋，王兴众，龙加军，赵复政，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42