基于面阵CCD的激光高速摄影技术在弹道测试中的应用
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（ ｙ 一 厂 ２） 一 ｔ 一 Ｙ ３ ２ ｒ３２ ２
式 中 ： 、 ｘ ｙ 为上 面像 机拍摄 的图像点 坐标 ， 、 Ｘ。 ｙ 为侧 面像 机 拍 摄 的 图像 点 坐 标 。 程 的个 数 方
图 ２ 激光 Ｃ Ｄ摄影系统工作原理示意 图 Ｃ
成 为 ４ ， 是该 方 程 组 变 为超 定 方 程 组 ， 最 个 于 用 小 二乘 法求解 。 由解 析 几 何 得 ， 小 二 乘解 的几 最
Ｊ
ｌ
（３ ｆ ｒ ） ｘ 一厂１ ｚ ３ 一ｔ一 ｉ Ｘ
（¨ ｉ ２ ＝ ｔ～￡ ｉ ｒｙ一 ３ ３ ） ： Ｙ
ｌ ， ， 、
｛
１ ｙ一厂２ ＋（２ｆ ２ ＋ｆ （ｌ ｒ） １ ｒＹ一 ｚ ３ ）
式 中 ：ｒＩｒ ， ， ， ， ， 是 由像机 光心坐标 ｌ’１ … ３ｔ ｔ ｔ ２ ：
速 网线 传输 至像 机控 制 器 ， 由此 可 以进 一 步分 析 目标 的运动 姿 态 。高分 辨率 Ｃ Ｄ 像机 的工 作 模 Ｃ
式 由像 机控 制 器 通 过 软 件 进 行 设 置 。反 射 屏 采 用具 有高 反射 特性 的苏 格 兰膜 ； 反 半透 分 光镜 半
为 ５： ５分 光 ， 机 可 以 得 到 最 大 通 光 量 。 本 系 相
理论 ， 即像 点 、 点 与光 心 共线 ， 物 可得 到关于 （ ， Ｙ ，ｗ Ｚ ）的共 线方 程组 ：
ｒ １ 一 １） ＋ （３ 一 厂 １） ＋ ］ （ Ｘ １ ｒ Ｘｆ ，２ ２
高速运 动 目标 也 刚 好 进 入 照 相 视 场 。激 光 束 经 过 ５： 分 光 后 ， 由两 根 导 光 光 纤柬 将 两 束 激 ５ 再 光分 别 导入两 个 半反 半透镜 ， 将高 速 运动 物 体投 影 到反射 屏上 。与此 同 时 ， 机 控制 器 发 出照 相 像 启 动脉 冲 ， 两 个 Ｃ Ｄ像 机 同 时对 目标 进 行 照 使 Ｃ 相 。照相 结 束后 ， 两个 像 机将 目标 阴影 图像 经 高
后 ， 光器 发 出激 光 。经 过 预 置 的 延 时 时 间后 ， 激
图 ３ 两 个 ＣＣ 像 机 正 交 成 像 示 意 图 Ｄ
设 空 间 目标 Ｐ（ ， ２ ）由第 个 像机 拍 ｘ Ｙ ，
摄 的图 像 点 为 Ｐ （ ， ， 据摄 影测 量 的基 本 Ｘ Ｙ ） 根
此 可 以 得 到 方 程 组 （ ） ２。
（ ３Ｘ１一 ｆ ｌ） 十 （ ３Ｘｌ ｒｌ ｒ１ ｒ２ ～ １） ＋ ２
（． Ｘ１一 １ ） ，３ ３ ３ 一 ｔ 一 ｔＸ ｌ ：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（３ １ ｒ ｙ 一 ２） ＋ （ Ｙ 一 厂 ２） ＋ ｌ １ｚ ２ ｌ ｒ Ｙ ２
甚
光器 ， 进行 分光 后 照 明可避 免 由 于时 间差 对 图像
处理 带来 不 良影 响 ， 而 提 高 目标 姿 态 处 理 、 从 计 算 的精度 。
激光 Ｃ Ｄ摄 影 系统 的 工 作 原 理 为 ： 弹 丸 Ｃ 当
触 及触 发启 动 靶 时 ， 生 一 个 触发 信号 ， 动 像 产 启 机 控制 器 中延 时 电路 ； 延 时 结束 ， 机 控 制 器 当 像 向激光 器发 出触 发信 号 ， 经过 激 光器 的 固有延 时
（ ｙ 一 ， ２） 一 ｔ 一 Ｙｌ ３ １ ｒ３ ｚ
（） ２
（ ｎ 一 ｌ） ＋ （３ ～ 厂 ｌ Ｙ ｒ Ｘ２ ｌ １ｚ ｒ２ Ｘ２ ｒ２ ＋ ）
（ ３ 一 １ ） 一 ｔ Ｘ２ ３ｚ 一 ￡Ｘ ： ２
（ ｙ 一ｆ２ ｚ ｌ ２ ｒ１ ＋ （３ ２ ｆ ２） ＋ ） ｒ ｙ 一 ｒ２儿． ２
量 。本 系统 采 用 相 互 正交 的 方 式 ， 两 台 Ｃ Ｄ 将 Ｃ
摄 像机 分 别 布 置在 弹 道 线 的 上 方 和 侧 方 。两 台 像机在 同一 时 间捕 获 弹丸 阴影 图像 ， 由此 可 以准
确拍摄 弹 丸 的飞 行 图像 、 冲击 波 流 场 等 ， 过 图 通 像数 据判 读 和弹丸 空 间位 置坐 标 计算 ， 得 弹丸 可 的 飞行 姿 态 角 和 速 度 。 系 统 中使 用一 台脉 冲激
何 意义 是空 间交会 点 为两直 线公 垂线段 中点 。
２ 计 算 方 法
在 本 系统 的 实 验 图像 处 理 中采 用 共 线 方 程
通 过共 线方 程 交 会 法 可 计 算 得 到 弹 丸特 征
点 在两 次 闪光时 的空 间位 置坐标 ， 由此 可得 出弹
・
１８ ９ ・
弹 箭 与 制 导 学 报
第 ２ 卷 ９
１ ２ 工 作 原 理 ．
交会 法 。 ３ 图 为两 台 Ｃ Ｄ像 机正 交布 置后对 弹丸 Ｃ 上任 意一 特征 点 Ｐ 的成 像示 意 图 。
根据 双 目视 觉基 本原 理 ， 求至 少 两 台像 机 要
对 目标成 像 ， 能实 现对 目标 三 维 位置 的 交会 测 才
和光轴 角度 确定 的像机 外参 数 ， 可在 图像 中测量
得到 ， 焦距 厂是像 机 的 内参 数 。 摄像机 标定 后 ， 内
外 参数 已知 。 系统 中用两 台摄 像 机进 行正 交测 本
统 的工作 原理 示 意 图见 图 ２。
反 射 肝
量 ， 应于 每个摄 像 机 ， 可 以得 到两 个方 程 ， 对 都 因
式 中 ： 、 ｘ ｙ 为上 面像 机拍摄 的图像点 坐标 ， 、 Ｘ。 ｙ 为侧 面像 机 拍 摄 的 图像 点 坐 标 。 程 的个 数 方
图 ２ 激光 Ｃ Ｄ摄影系统工作原理示意 图 Ｃ
成 为 ４ ， 是该 方 程 组 变 为超 定 方 程 组 ， 最 个 于 用 小 二乘 法求解 。 由解 析 几 何 得 ， 小 二 乘解 的几 最
Ｊ
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（３ ｆ ｒ ） ｘ 一厂１ ｚ ３ 一ｔ一 ｉ Ｘ
（¨ ｉ ２ ＝ ｔ～￡ ｉ ｒｙ一 ３ ３ ） ： Ｙ
ｌ ， ， 、
｛
１ ｙ一厂２ ＋（２ｆ ２ ＋ｆ （ｌ ｒ） １ ｒＹ一 ｚ ３ ）
式 中 ：ｒＩｒ ， ， ， ， ， 是 由像机 光心坐标 ｌ’１ … ３ｔ ｔ ｔ ２ ：
速 网线 传输 至像 机控 制 器 ， 由此 可 以进 一 步分 析 目标 的运动 姿 态 。高分 辨率 Ｃ Ｄ 像机 的工 作 模 Ｃ
式 由像 机控 制 器 通 过 软 件 进 行 设 置 。反 射 屏 采 用具 有高 反射 特性 的苏 格 兰膜 ； 反 半透 分 光镜 半
为 ５： ５分 光 ， 机 可 以 得 到 最 大 通 光 量 。 本 系 相
理论 ， 即像 点 、 点 与光 心 共线 ， 物 可得 到关于 （ ， Ｙ ，ｗ Ｚ ）的共 线方 程组 ：
ｒ １ 一 １） ＋ （３ 一 厂 １） ＋ ］ （ Ｘ １ ｒ Ｘｆ ，２ ２
高速运 动 目标 也 刚 好 进 入 照 相 视 场 。激 光 束 经 过 ５： 分 光 后 ， 由两 根 导 光 光 纤柬 将 两 束 激 ５ 再 光分 别 导入两 个 半反 半透镜 ， 将高 速 运动 物 体投 影 到反射 屏上 。与此 同 时 ， 机 控制 器 发 出照 相 像 启 动脉 冲 ， 两 个 Ｃ Ｄ像 机 同 时对 目标 进 行 照 使 Ｃ 相 。照相 结 束后 ， 两个 像 机将 目标 阴影 图像 经 高
后 ， 光器 发 出激 光 。经 过 预 置 的 延 时 时 间后 ， 激
图 ３ 两 个 ＣＣ 像 机 正 交 成 像 示 意 图 Ｄ
设 空 间 目标 Ｐ（ ， ２ ）由第 个 像机 拍 ｘ Ｙ ，
摄 的图 像 点 为 Ｐ （ ， ， 据摄 影测 量 的基 本 Ｘ Ｙ ） 根
此 可 以 得 到 方 程 组 （ ） ２。
（ ３Ｘ１一 ｆ ｌ） 十 （ ３Ｘｌ ｒｌ ｒ１ ｒ２ ～ １） ＋ ２
（． Ｘ１一 １ ） ，３ ３ ３ 一 ｔ 一 ｔＸ ｌ ：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（３ １ ｒ ｙ 一 ２） ＋ （ Ｙ 一 厂 ２） ＋ ｌ １ｚ ２ ｌ ｒ Ｙ ２
甚
光器 ， 进行 分光 后 照 明可避 免 由 于时 间差 对 图像
处理 带来 不 良影 响 ， 而 提 高 目标 姿 态 处 理 、 从 计 算 的精度 。
激光 Ｃ Ｄ摄 影 系统 的 工 作 原 理 为 ： 弹 丸 Ｃ 当
触 及触 发启 动 靶 时 ， 生 一 个 触发 信号 ， 动 像 产 启 机 控制 器 中延 时 电路 ； 延 时 结束 ， 机 控 制 器 当 像 向激光 器发 出触 发信 号 ， 经过 激 光器 的 固有延 时
（ ｙ 一 ， ２） 一 ｔ 一 Ｙｌ ３ １ ｒ３ ｚ
（） ２
（ ｎ 一 ｌ） ＋ （３ ～ 厂 ｌ Ｙ ｒ Ｘ２ ｌ １ｚ ｒ２ Ｘ２ ｒ２ ＋ ）
（ ３ 一 １ ） 一 ｔ Ｘ２ ３ｚ 一 ￡Ｘ ： ２
（ ｙ 一ｆ２ ｚ ｌ ２ ｒ１ ＋ （３ ２ ｆ ２） ＋ ） ｒ ｙ 一 ｒ２儿． ２
量 。本 系统 采 用 相 互 正交 的 方 式 ， 两 台 Ｃ Ｄ 将 Ｃ
摄 像机 分 别 布 置在 弹 道 线 的 上 方 和 侧 方 。两 台 像机在 同一 时 间捕 获 弹丸 阴影 图像 ， 由此 可 以准
确拍摄 弹 丸 的飞 行 图像 、 冲击 波 流 场 等 ， 过 图 通 像数 据判 读 和弹丸 空 间位 置坐 标 计算 ， 得 弹丸 可 的 飞行 姿 态 角 和 速 度 。 系 统 中使 用一 台脉 冲激
何 意义 是空 间交会 点 为两直 线公 垂线段 中点 。
２ 计 算 方 法
在 本 系统 的 实 验 图像 处 理 中采 用 共 线 方 程
通 过共 线方 程 交 会 法 可 计 算 得 到 弹 丸特 征
点 在两 次 闪光时 的空 间位 置坐标 ， 由此 可得 出弹
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弹 箭 与 制 导 学 报
第 ２ 卷 ９
１ ２ 工 作 原 理 ．
交会 法 。 ３ 图 为两 台 Ｃ Ｄ像 机正 交布 置后对 弹丸 Ｃ 上任 意一 特征 点 Ｐ 的成 像示 意 图 。
根据 双 目视 觉基 本原 理 ， 求至 少 两 台像 机 要
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和光轴 角度 确定 的像机 外参 数 ， 可在 图像 中测量
得到 ， 焦距 厂是像 机 的 内参 数 。 摄像机 标定 后 ， 内
外 参数 已知 。 系统 中用两 台摄 像 机进 行正 交测 本
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反 射 肝
量 ， 应于 每个摄 像 机 ， 可 以得 到两 个方 程 ， 对 都 因
