高速飞行体的快速成像及处理技术研究

摘要

系统设计的功能要求为测量高速飞行体(如弹丸)的速度、姿态。 本文提出了高速飞行体的快速数字成像及处理系统的设计方案，并详细阐述了该系统中的各个模块。采用两次闪光阴影照相技术、高速飞行体的快速数字成像及采集技术 数字图像处理技术等对高速飞行体的速度、姿态角、空间坐标进行测量。系统实现了阴影照片的在人工干预下的自动快速数字化采集及处理；本系统的自动判读算法对阴影照片的先验知识要求很低，从而提高了系统的处理速度和精度；另外，采用的两次闪光技术使系统实现了直接从照片中提取飞行体速度信息的方法。 系统硬件平台采用了IPx-16M3-L/G相机、激光器、PC机(相机控制器)、网卡、时序控制器等。在此硬件平台的基础上，着重阐述了高速飞行体的快速数字成像及采集技术的设计实现、两次闪光阴影图像的处理算法、提取飞行体信息的算法及其编程实现、结果可视化的实现等。 通过试验证明，本方案实现了设计的功能，达到了预期的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1靶道中相机的应用研究概况

1.2.2图像分割技术

1.2.3靶道阴影照片自动判读系统的研究概况

1.3研究内容

1.4论文的结构

2系统总体方案

2.1系统功能要求

2.2系统设计原则

2.3硬件系统的方案设计

2.3.1两次闪光成像技术

2.3.2系统工作原理

2.3.3光源选择

2.4软件开发环境的分析选择

3硬件系统的设计实现

3.1相机的设计

3.2脉冲激光器的设计

3.2.1正交照相光路

3.2.2激光器

3.3相机控制器

3.4时序控制器的设计

3.4.1系统工作控制时序

3.4.2时序控制器的设计实现

3.5高速光电探测系统

4图像采集模块的设计实现

4.1图像采集模块的功能

4.2 IPX-16M3-L／G相机概述

4.3 IPX-16M3-L／G的SDK及驱动研究

4.4数字图像采集模块的设计流程

5图像处理及数据分析模块的设计实现

5.1图像处理及数据分析模块的功能

5.2数字图像处理技术的研究

5.2.1图像分割

5.2.2二值小区域消除

5.2.3二值形态学

5.2.4平滑滤波

5.2.5图像的旋转

5.3图像处理模块的设计流程

5.3.1设计方案分析

5.3.2图像旋转

5.3.3点捕捉法大致区域分割

5.3.4改进型区域生长法

5.3.5滤波并二值化处理

5.3.6小区域消除

5.3.7形态学滤波与优化

5.4飞行体数据分析模块的设计实现

5.4.1矩理论

5.4.2求解线性最小二乘法问题的豪斯荷尔德变换法

5.4.3标定坐标及图像分辨率的计算

5.4.4飞行体空间坐标的计算

5.4.5提取飞行体姿态角和空间坐标的程序实现

5.4.6本章总结

6软件的界面设计和使用说明

6.1界面设计

6.2软件使用说明

6.3调试结果

7总结与展望

7.1工作总结

7.2展望

致 谢

参考文献

附 录