【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电测试及控制技术，具体涉及一种基于序列激光照明的靶后破片测试系统。
技术介绍
1、破片爆炸战斗部是众多现代常规兵器中主要毁伤手段之一。为了在实战中能够准确杀伤目标，在设计一款新型破片爆炸战斗部时需要多次对其进行性能测试，保证其具有一定的毁伤威力和可靠性。而在这一环节中，准确地测得爆炸后破片的各种参数是战斗部威力的重要支撑。因此有必要设计一款可以测试得到爆炸战斗部破片各种参数的测试系统，利用测试系统的测试数据不断进行设计改进。
2、目前，国内外采用的弹丸测试方法有接触式的靶板测量法、梳状靶测量法和非接触式的光电靶测量法等，这些方法采用区截原理进行测速，通过测量弹丸通过相距较近的两个靶子的时间差来间接计算速度。而破片往往数量多，体积小，飞行速度快，目前的测试方法难以对应破片的飞行时间和轨迹，容易导致误判而影响测量结果；并且战斗部爆炸时会产生的大量火光、烟尘和噪声，也容易对测试系统的精度产生一定干扰，数据可信度较低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提出一种基于序列激光照明的靶后破片测试系统，以克服传统方法难以对应破片的飞行时间和轨迹、容易受到环境干扰等问题。
2、为实现以上目的，本专利技术的技术方案为：一种基于序列激光照明的靶后破片测试系统，采用高速摄像机双目视觉交汇系统，所述的高速摄像机双目视觉交汇系统包括两台高速摄像机、两台序列激光光源、时序控制器、光电触发器、原向反射屏、幕布、交换机和上位机光电触发器，其中：
3、两台高速摄
4、进一步的，在激光光源发射器前安装由随机微透镜阵列组成的纸片，对激光光源产生的激光进行匀化和扩束，使其均匀地照亮视场，获得清晰的高速摄像图像。经过随机微透镜阵列扩束后，激光照明匀化光斑的直径大小s为：
5、s＝2ltanθ
6、式中l为激光光源离视场的距离，θ为随机微透镜阵列设计的发散角。
7、进一步的，时序控制器采用cyclone iv为核心的fpga，上位机与时序控制器采用以太网方式通信，在上位机中设计控制软件界面用于实时下发数据参数，光电触发器在破片飞过时产生触发信号，该信号为ttl信号，时序控制器收到光电靶触发信号时，启动延时模块计数；粗略计算破片飞入视场所需的时间，时序控制器设置延时相同的时间后向激光光源发出两路周期脉冲信号，一路用于激光光源启动，一路用于激光光源调q出光，两路脉冲信号的时序间隔需要比激光光源内部rc电路充能到最大能量所需的最小时间大；另外时序控制器还发出一路触发信号使得高速摄像机启动开始曝光拍摄。
8、进一步的，激光光源每次出光的时刻都必须在摄像机的曝光时间之内，使得摄像机每次曝光拍摄时都有激光进行照明，高速摄像机和激光光源的触发时序设置规则如下：
9、t3≥t1+t2＜t3+t4
10、式中t1为光电触发器收到触发信号到激光光源第一次启动的时间，t2为激光光源内部rc电路充能到最大能量所需的最小时间，t3为光电触发器收到触发信号到高速摄像机启动的时间，t4为高速摄像机一次曝光拍摄图像的时间。
11、进一步的，由于内部电路限制，激光光源不能持续工作释放大量序列脉冲，在脉冲后期激光能量有一定的衰减。经过试验发现激光脉冲序列个数在30个以内时能保持较为稳定的激光能量。另外还可以采用两台激光光源交替启动工作的方法，减小激光能量变化程度，使得图像亮度较为稳定，即高速摄像机的拍摄帧率n需满足：
12、式中nl为每台激光光源闪光的频率，tl为时序控制器下发给激光光源的脉冲信号的周期。
13、进一步的，由于高速摄像机拍摄时间长，摄像机可能会拍摄到大量未被激光照明的无效图像帧，增加图像数据传输所需的时间，因此实际保存摄像机图像后，选取高速摄像机触发时间点即第零帧为起始帧，两台激光照明脉冲总个数的帧数为结束帧，删除其他未被激光照明的无效图像帧，最后将处理后的图像数据通过以太网通信传输给上位机用于后续图像分析。
14、一种基于序列激光照明的靶后破片测试方法，利用所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，实现基于序列激光照明的靶后破片测试，获得破片飞行的速度、飞散角度和分布密度。
15、本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：检测精度高、响应速度快、成本低，可以直观地获得破片的运动轨迹图像，便于分析破片飞行的速度、飞散角度、分布密度等各种参数情况，并且可以减少现场火光、烟尘对测试精度的干扰，更加适合破片测试场景。
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1.一种基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：采用高速摄像机双目视觉交汇系统，所述的高速摄像机双目视觉交汇系统包括两台高速摄像机、两台序列激光光源、时序控制器、光电触发器、原向反射屏、幕布、交换机和上位机光电触发器，其中：
2.根据权利要求1所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：在激光光源发射器前安装由随机微透镜阵列组成的纸片，对激光光源产生的激光进行匀化和扩束，使其均匀地照亮视场，获得清晰的高速摄像图像。经过随机微透镜阵列扩束后，激光照明匀化光斑的直径大小S为：
3.根据权利要求1所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：时序控制器采用Cyclone IV为核心的FPGA，上位机与时序控制器采用以太网方式通信，在上位机中设计控制软件界面用于实时下发数据参数，光电触发器在破片飞过时产生触发信号，该信号为TTL信号，时序控制器收到光电靶触发信号时，启动延时模块计数；计算破片飞入视场所需的时间，时序控制器设置延时相同的时间后向激光光源发出两路周期脉冲信号，一路用于激光光源启动，一路用于激光光源调Q出光，两路脉冲信号的时序间
4.根据权利要求1所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：激光光源每次出光的时刻都必须在摄像机的曝光时间之内，使得摄像机每次曝光拍摄时都有激光进行照明，高速摄像机和激光光源的触发时序设置规则如下：
5.根据权利要求1所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：采用两台激光光源交替启动工作的方法，减小激光能量变化程度，使得图像亮度较为稳定，此时高速摄像机的拍摄帧率N需满足：
6.根据权利要求1所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：由于高速摄像机拍摄时间长，摄像机可能会拍摄到大量未被激光照明的无效图像帧，增加图像数据传输所需的时间，因此实际保存摄像机图像后，选取高速摄像机触发时间点即第零帧为起始帧，两台激光照明脉冲总个数的帧数为结束帧，删除其他未被激光照明的无效图像帧，最后将处理后的图像数据通过以太网通信传输给上位机用于后续图像分析。
7.一种基于序列激光照明的靶后破片测试方法，其特征在于：利用权利要求1-6任一项所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，实现基于序列激光照明的靶后破片测试，获得破片飞行的速度、飞散角度和分布密度。
...【技术特征摘要】
1.一种基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：采用高速摄像机双目视觉交汇系统，所述的高速摄像机双目视觉交汇系统包括两台高速摄像机、两台序列激光光源、时序控制器、光电触发器、原向反射屏、幕布、交换机和上位机光电触发器，其中：
2.根据权利要求1所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：在激光光源发射器前安装由随机微透镜阵列组成的纸片，对激光光源产生的激光进行匀化和扩束，使其均匀地照亮视场，获得清晰的高速摄像图像。经过随机微透镜阵列扩束后，激光照明匀化光斑的直径大小s为：
3.根据权利要求1所述的基于序列激光照明的靶后破片测试系统，其特征在于：时序控制器采用cyclone iv为核心的fpga，上位机与时序控制器采用以太网方式通信，在上位机中设计控制软件界面用于实时下发数据参数，光电触发器在破片飞过时产生触发信号，该信号为ttl信号，时序控制器收到光电靶触发信号时，启动延时模块计数；计算破片飞入视场所需的时间，时序控制器设置延时相同的时间后向激光光源发出两路周期脉冲信号，一路用于激光光源启动，一路用于激光光源调q出光，两路脉冲信号的时序间隔需要比激光光源内部rc电路充能到最大能量所需的最小时间大；另外时序控制器还发出...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗红娥，刘卓昊，孔筱芳，弯港，夏言，顾金良，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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