基于高速相机的近地炸点三维坐标测试方法
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( Ｈｕａｙｉｎ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｔｅｓｔ Ｃｅｎｔｅｒꎬ Ｈｕａｙｉｎ ７１４２００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ ｎｅａｒ￣ｇｒｏｕｎｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｂｙ
ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ ｃａｍｅｒａｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ. Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ
第 ４１ 卷 第 ５ 期
兵器装备工程学报
２０２０ 年 ５ 月
ｄｏｉ: １０. １１８０９ / ｂｑｚｂｇｃｘｂ２０２０. ０５. ０３９
【 光学工程与电子技术】
基于高速相机的近地炸点三维坐标
测试方法
徐韬祜ꎬ刘鹏祖ꎬ王明启ꎬ柴如兴ꎬ袁春兴
ｃａｍｅｒａ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ ｆｒａｍｅ ｒａｔｅꎬ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｓｔａｔｉｏｎ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ ｌｅｎｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ. Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ ｃａｍｅｒａ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ
毁伤效能评估具有重要意义
有３ 种
[２ － ３]
:光电测量法
[４]
[１]
ꎮ 近地炸点测量的常用方法
、声学传感器测试、双目交会测
横坐标 ｘ ｍ ꎻ炸点 Ｃ 的大地坐标( Ｘ ｃ ꎬＹ ｃ ) ꎬ成像像面像素坐标
( ｘ ｃ ꎬｙ ｃ ) ꎻ使用镜头焦距:Ｆ( 单位 ｍｍ) ꎻ像元尺寸:μꎮ
量ꎮ 光电测量法和声学传感器测试是近年研究的热点ꎬ都是
作者简介:徐韬祜(１９８９—) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事终点弹道测量技术研究ꎮ
兵器装备工程学报
ｈｔｔｐ: / / ｓｃｂｇ. ｑｋｓ. ｃｑｕｔ. ｅｄｕ. ｃｎ /
２０４
靶场试验中ꎬ近地炸点空间坐标的测量对于武器系统的
５７％ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ. Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ
ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ ｎｅａｒ￣ｇｒｏｕｎｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ.
( 中国华阴兵器试验中心ꎬ 陕西 华阴 ７１４２００)
摘要:利用高速相机帧频高、布站方便、多镜头灵活更换的优势ꎬ提出了基于高速相机的近地炸点三维坐标测试方
法ꎮ 分析了高速相机交会测量原理与方法ꎬ建立了炸点三维坐标计算模型ꎬ利用莱卡定位系统实际测量炸点坐标进
行误差分析ꎮ 试验结果表明在目标区域视场宽 １２ ｍ 的情况下ꎬ单个坐标系方向最大测试误差是 ０. ０６８ ｍꎬ占目标区
文章编号:２０９６ － ２３０４(２０２０)０５ － ０２０３ － ０４
Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ￣Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ
Ｎｅａｒ￣Ｇｒｏｕｎｄ ＥБайду номын сангаасｐｌｏｓｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｉｇｈ￣Ｓｐｅｅｄ Ｃａｍｅｒａｓ
ＸＵ Ｔａｏｈｕꎬ ＬＩＵ Ｐｅｎｇｚｕꎬ ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇｑｉꎬ ＣＨＡＩ Ｒｕｘｉｎｇꎬ ＹＵＡＮ Ｃｈｕｎｘｉｎｇ
ａｎａｌｙｓｉｓ. Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ０. ０６８ ｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｉｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｒｅａ ｉｓ １２ ｍ ｗｉｄｅꎬ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ０.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔꎻ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ ｃａｍｅｒａꎻ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎻ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
收稿日期:２０１９ － ０６ － ２６ꎻ修回日期:２０１９ － ０７ － １５
基金项目:军队重点预研项目(１７０００１０１３３)
Ｎｅａｒ￣Ｇｒｏｕｎｄ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｉｇｈ￣Ｓｐｅｅｄ Ｃａｍｅｒａｓ [ Ｊ] . Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ ２０２０ꎬ ４１
(０５) :２０３ － ２０６.
中图分类号:ＴＪ４３ ＋ ４. ２
文献标识码:Ａ
域相机成像视场宽度的 ０ ５７％ ꎬ该方法可用于靶场近地炸点三维坐标测试ꎮ
关键词:炸点ꎻ高速相机ꎻ交会测量ꎻ标定
本文引用格式:徐韬祜ꎬ刘鹏祖ꎬ王明启ꎬ等. 基于高速相机的近地炸点三维坐标测试方法[ Ｊ] . 兵器装备工程学报ꎬ
２０２０ꎬ４１(０５) :２０３ － ２０６.
Ｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔ:ＸＵ Ｔａｏｈｕꎬ ＬＩＵ Ｐｅｎｇｚｕꎬ ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇｑｉꎬ ｅｔ ａｌ. Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ￣Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ
基于多传感器信息融合提高测量精度 [５] ꎬ甚至可以同时获取
除炸点三维坐标外其他信息ꎬ文献[６] 利用天幕靶和炸点火
ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ. Ｌｅｉｃａ
ＧＮＳＳ( Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ) ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｆｏｒ ｅｒｒｏｒ
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ ｎｅａｒ￣ｇｒｏｕｎｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｂｙ
ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ ｃａｍｅｒａｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ. Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ
第 ４１ 卷 第 ５ 期
兵器装备工程学报
２０２０ 年 ５ 月
ｄｏｉ: １０. １１８０９ / ｂｑｚｂｇｃｘｂ２０２０. ０５. ０３９
【 光学工程与电子技术】
基于高速相机的近地炸点三维坐标
测试方法
徐韬祜ꎬ刘鹏祖ꎬ王明启ꎬ柴如兴ꎬ袁春兴
ｃａｍｅｒａ ｓｕｃｈ ａｓ ｈｉｇｈ ｆｒａｍｅ ｒａｔｅꎬ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｓｔａｔｉｏｎ ｌａｙｏｕｔ ａｎｄ ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ ｌｅｎｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｕｔｉｌｉｚｅｄ. Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ ｃａｍｅｒａ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ
毁伤效能评估具有重要意义
有３ 种
[２ － ３]
:光电测量法
[４]
[１]
ꎮ 近地炸点测量的常用方法
、声学传感器测试、双目交会测
横坐标 ｘ ｍ ꎻ炸点 Ｃ 的大地坐标( Ｘ ｃ ꎬＹ ｃ ) ꎬ成像像面像素坐标
( ｘ ｃ ꎬｙ ｃ ) ꎻ使用镜头焦距:Ｆ( 单位 ｍｍ) ꎻ像元尺寸:μꎮ
量ꎮ 光电测量法和声学传感器测试是近年研究的热点ꎬ都是
作者简介:徐韬祜(１９８９—) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ工程师ꎬ主要从事终点弹道测量技术研究ꎮ
兵器装备工程学报
ｈｔｔｐ: / / ｓｃｂｇ. ｑｋｓ. ｃｑｕｔ. ｅｄｕ. ｃｎ /
２０４
靶场试验中ꎬ近地炸点空间坐标的测量对于武器系统的
５７％ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍａｇｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ. Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ
ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ ｎｅａｒ￣ｇｒｏｕｎｄ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ.
( 中国华阴兵器试验中心ꎬ 陕西 华阴 ７１４２００)
摘要:利用高速相机帧频高、布站方便、多镜头灵活更换的优势ꎬ提出了基于高速相机的近地炸点三维坐标测试方
法ꎮ 分析了高速相机交会测量原理与方法ꎬ建立了炸点三维坐标计算模型ꎬ利用莱卡定位系统实际测量炸点坐标进
行误差分析ꎮ 试验结果表明在目标区域视场宽 １２ ｍ 的情况下ꎬ单个坐标系方向最大测试误差是 ０. ０６８ ｍꎬ占目标区
文章编号:２０９６ － ２３０４(２０２０)０５ － ０２０３ － ０４
Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ￣Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ
Ｎｅａｒ￣Ｇｒｏｕｎｄ ＥБайду номын сангаасｐｌｏｓｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｉｇｈ￣Ｓｐｅｅｄ Ｃａｍｅｒａｓ
ＸＵ Ｔａｏｈｕꎬ ＬＩＵ Ｐｅｎｇｚｕꎬ ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇｑｉꎬ ＣＨＡＩ Ｒｕｘｉｎｇꎬ ＹＵＡＮ Ｃｈｕｎｘｉｎｇ
ａｎａｌｙｓｉｓ. Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ０. ０６８ ｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｉｎ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｒｅａ ｉｓ １２ ｍ ｗｉｄｅꎬ ａｃｃｏｕｎｔｉｎｇ ｆｏｒ ０.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔꎻ ｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄ ｃａｍｅｒａꎻ ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎻ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ
收稿日期:２０１９ － ０６ － ２６ꎻ修回日期:２０１９ － ０７ － １５
基金项目:军队重点预研项目(１７０００１０１３３)
Ｎｅａｒ￣Ｇｒｏｕｎｄ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｈｉｇｈ￣Ｓｐｅｅｄ Ｃａｍｅｒａｓ [ Ｊ] . Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｒｄｎａｎｃｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ ２０２０ꎬ ４１
(０５) :２０３ － ２０６.
中图分类号:ＴＪ４３ ＋ ４. ２
文献标识码:Ａ
域相机成像视场宽度的 ０ ５７％ ꎬ该方法可用于靶场近地炸点三维坐标测试ꎮ
关键词:炸点ꎻ高速相机ꎻ交会测量ꎻ标定
本文引用格式:徐韬祜ꎬ刘鹏祖ꎬ王明启ꎬ等. 基于高速相机的近地炸点三维坐标测试方法[ Ｊ] . 兵器装备工程学报ꎬ
２０２０ꎬ４１(０５) :２０３ － ２０６.
Ｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒｍａｔ:ＸＵ Ｔａｏｈｕꎬ ＬＩＵ Ｐｅｎｇｚｕꎬ ＷＡＮＧ Ｍｉｎｇｑｉꎬ ｅｔ ａｌ. Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ￣Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｃｏｒｄｉｎａｔｅ ｏｆ
基于多传感器信息融合提高测量精度 [５] ꎬ甚至可以同时获取
除炸点三维坐标外其他信息ꎬ文献[６] 利用天幕靶和炸点火
ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ. Ｌｅｉｃａ
ＧＮＳＳ( Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ) ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ ｆｏｒ ｅｒｒｏｒ