用于精度靶试验的弹孔位置检测系统设计

摘要

伴随着现代科学技术的飞速发展，弹孔位置识别技术不断推陈出新，产生了多样的弹孔位置检测系统。在靶场射击密集度试验中，根据人工验靶存在不灵活、效率低、精度不高的问题，本文设计了一种基于双目视觉测量和图像处理的弹孔位置检测系统，用于快速、准确的测量弹孔着靶坐标，对弹丸着靶密集度测量和武器测试具有很好的工程应用价值。本文工作的主要内容及其贡献如下:
　　1)弹孔位置检测系统的总体方案设计。根据技术指标要求，合理选取了系统硬件部分，研究分析并确立了系统的测试原理。
　　2)研究了系统标定方法，分析了双摄像相机的标定原理。根据张正友标定法，提出了符合本系统的标定方法，并进行了公式推导，同时对图像特征点提取算法进行了研究和分析。
　　3)研究弹孔图像的处理方法，通过二值化、膨胀、腐蚀和形态学滤波几种方法去除噪声，并利用边缘检测、质心提取，获得弹孔像素坐标信息。
　　4)系统人机交互平台的软件设计及实现，结合测试需要，依次完成了目标图像获取、系统标定、图像处理、数据整合和结果报表等软件窗口的创建，提高了工作效率，人性化设计、可操作性强。
　　本文通过系统原理样机对模拟弹孔和气枪实弹射击弹孔进行了试验验证，试验结果表明，系统测量坐标与实际弹着点坐标之间的误差均在技术指标要求范围内。该系统克服了人工测量效率低、精度低、可靠性差、存在安全隐患等不足，避免了人为因素的影响，大大提高了验靶效率，对提高靶场测试水平具有重要意义。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及其意义

1．2 国内外武器测试领域的研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题相关技术的研究概况

1．4 课题研究和设计的主要内容

2 弹孔位置检测系统总体方案设计

2．1 系统总体框架

2．2 系统硬件部分的选取与设计

2．2．1 相机的选取

2．2．2 图像采集卡选取

2．2．3 系统支撑结构的设计

2．3 系统测试原理理论基础

2．3．1 坐标系及其转换

2．3．1 摄像机的成像模型

2．3．3 双目立体视觉数学模型

2．4 本章小结

3 弹孔位置检测系统标定

3．1 摄像机参数及其标定

3．1．1 摄像机标定参数

3．1．2 传统摄像机标定方法

3．1．3 摄像机自标定法

3．1．4 基于主动视觉的自标定法

3．2 本系统的标定方法

3．2．1 标定原理及方程

3．2．2 参数求解及非线性处理方法

3．3 角点检测

3．3．1 SUSAN角点检测

3．3．2 Harris角点检测

3．3．3 SIFT角点检测

3．3．4 角点检测标准

3．4 标定试验过程及分析

3．4．1 标定步骤

3．4．2 标定过程及数据

3．4．3 目标点计算

3．5 本章小结

4 目标图像处理与分析

4．1 目标靶面图像预处理

4．1．1 图像滤波

4．1．2 图像二值化

4．1．3 形态学图像处理

4．2 弹孔边缘检测

4．2．1 Roberts边缘算子

4．2．2 Prewitt边缘算子

4．2．3 Sobel边缘算子

4．2．4 Log边缘算子

4．3 弹孔质心提取

4．3．1 重心法

4．3．2 椭圆拟合法

4．4 本章小结

5 软件设计及实现

5．1 软件界面的总体设计

5．2 软件各模块功能的实现

5．2．1 系统总窗口设计

5．2．2 系统子窗口设计

5．3 本章小结

6 实验验证及误差分析

6．1 系统实验验证过程

6．1．1 试验平台搭建

6．1．2 试验操作过程及结果

6．2 数据处理及误差分析

6．3 本章小结

7 结论

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

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