计算机图像采集与处理在纸靶弹孔图像中的应用

孟欠欠

（皖南医学院 计算机教研室，安徽 芜湖 241000）

计算机图像采集与处理在纸靶弹孔图像中的应用

孟欠欠

（皖南医学院 计算机教研室，安徽 芜湖 241000）

本文通过对纸靶弹孔判定以及对弹丸飞行状态进行参数处理原理的运用、创新，结合最新计算机图像技术，指出利用数字信息时代下图像采集以及处理办法对纸靶弹孔图像进行判读以及实现数据有效处理的最新应用方式，并通过实例计算，证实计算机图像采集以及处理在纸靶弹孔图像中的巨大应用前景.

计算机；图像采集；处理；纸靶弹孔图像；应用

诞生于上个世纪二十年代的弹丸飞行攻角纸靶法作为一种简单、经济的一种测量弹丸飞行姿态角的常见方法，在今天依然被广泛的应用在传统的摸底试验以及要求一般的实验中，由于其不仅仅能够对在弹道靶道内的弹丸飞行姿态角进行测量，还可以同样适用于野外靶场，该种测量方法所遵循的原则是，在正式进行试验射击之前前，安排专人沿着弹丸飞行的方向事先安装一连串纸靶，确保每一张纸靶都要与弹丸飞行状态中，在方向是与之垂直的关系，这样的前提下，一旦弹丸穿过纸靶，纸靶上一定会存在边缘清晰的弹孔.由于弹孔的具体形态和弹丸实际的飞行姿态角是一一对应的.那么根据这样的原则，只要对存在于靶纸上弹孔痕迹进行相关运算，那么就可以推测出弹丸在经过靶纸时间段中的飞行姿态角.由于技术手段的限制，长期以来判读的主要实行者都是人工进行的，由于易受主观因素影响，且耗时、精准度容易受到各种各样因素的影响，笔者着重研究，在数字化时代下，利用计算机图像采集以及处理技术，在纸靶弹孔图像中实际应用，试图为提高测量效率与质量，做出应有的努力.

1 计算机寻优计算

通过计算机技术的优化运算，最终对弹孔长轴的长度lc以及章动角δ两者的函数关系进行确定，公式表示为δ=f(lc)，鉴于火炮是在和纸靶靶面相垂直的角度进行射击的，因此，弹丸飞行速度在矢量上与纸靶靶面也应当是垂直关系.如果弹丸飞行章动角δ被确定为0.且弹孔是圆形，那么直径等同于弹径；若不然，那么弹孔的形状则和蛋形十分相近，弹孔在长轴方向和铅直线两者之间的夹角v也就是弹孔在长轴方向上的方位角，等同于外弹道学中的测量进动角.依照这样的原理，就可以利用计算机寻优计算的方法，对攻角不同状态下的弹孔长轴长度值进行运算，并最终用表格的形式将其表现出来.假设弹丸的飞行方向和纸靶平面是垂直的关系，那么则可以认定靶纸上的弹孔形状和贪玩在靶纸正投影是一致的，为了方便观察与计算，我们先建立起表一所示的坐标系：

图1 XOY坐标系以及xoy坐标系

在坐标系中，XOY将弹尖作为原点O，坐标轴OX和弹丸的中心轴两者失宠和院系，将指向弹尾的方向看做是正方向，xoy坐标系原点与XOY重合，ox做标注与弹丸飞行的方向在一条线上，然而两者却是相反方向，oy轴与ox轴垂直，将向上的方向看做是正向，很显然，OX与ox的夹角与弹丸的飞行攻角是一致的，由图中的几何关系可以发现，在本图中，任何一点存在于xoy轴之间的y坐标点都能够用

y=xainδ=ycosδ进行表示.

2 纸靶弹孔图像采集以及判读办法

通过上文研究，我们已经获知在纸靶测量中，所进行公交换算的基本公式，接下来所要做的就是利用计算机图像技术对纸靶弹孔图像进行采集与处理，在实际应用中，其遵循的步骤如图2所示.

图2 计算机图像采集以及处理纸靶弹孔系统

在该系统中，图像传感器的重要作用就是对纸靶弹孔图像进行转换，并最终是其能够用数字图像的方式表现出来，通常来说，数码相机以及摄像头是最常用的设备.图像采集系统主要依靠图像采集卡与计算机两者相互协作，才可以顺利实现工作.如若在使用过程中，数码相机承担的是图像传感器的作用，那么只要安装一个数据接口，就可以和电子计算机相互配合.纸靶弹孔判读软件通过与电子计算机系统的相互配合，最终实现对纸靶弹孔数据进行自动、半自动判读.具体来说，利用计算机图像对纸靶弹孔图像判读，需要遵循以下八个步骤：

第一，根据实验现场情况以及靶纸标记，对地i张靶纸的判读方向以及xi的坐标值进行确定.

第二，使用软件首先对极光基准值标点以及根据试验现场情况，对坐标原点以及图像判读坐标系进行确认.

第三，依照平台压板上的标准尺寸进一步的对采集图像进行定标.

第四，选择最佳的弧线规整以及蛋形弹孔长轴以及短轴相关的表远点，对其在坐标系中的坐标进行具体确认，分别表示为（xc1,yc1）、（xc2,yc2）以及（xd1, yd1），（xd2,yd2）

第五，利用矩形理论，对弹孔中心在坐标系中的坐标（yi,zi）进行判定.

第六，利用以下公式，对弹孔长轴长度、短轴长度以及Rci值进行计算：

第七，利用以下公式对弹孔长轴方向角的数据进行计算：

第八，根据上述方法，对攻角换算数据的值进行进一步的换算，得出Rci以及其对应的攻角δi.

3 用实际例子验证计算机图像采集与处理纸靶弹孔图像的精确性

为了验证攻角纸靶测弹丸飞行用电子计算机图像采集以及处理方式的正确与否，笔者使用上文已经提到的系统，对某30mm的脱壳穿甲弹攻角纸靶测量弹丸飞行姿态实验中的纸靶弹孔图像，进行了电子计算机模式的采集以及处理，根据该图纸上现实的外层架构，利用传统制作模型板的方法，在使用量角器以及直尺的方式下，对该穿甲弹的（Rc，δ）值进行了测量，为后面的验证计算提供充足的数据.

依照上文所讲述的方法，笔者根据感脱壳穿甲弹在图纸上的外形结构，最终建立起与之相配套的母线方程，并依据0.618法对其（Rc，δ）数值进行计算，处于方面比较的目的，此次研究中，笔者会将攻角换算的实际测量值与对应的计算数值同时放置于表一致中，通过表一数据，本次画出的攻角换算（Rc，δ）曲线如图3所示.

图3 攻角换算（Rc，δ）曲线

表1 某30mm脱壳弹（Rc，δ）的数据计算值

依照本文第二部分所探讨出的方法，在此次研究中，本文通过说数码相机结合，将其作为图像传感器媒介，最终与电子计算机相互结合形成电子计算机图像采集、处理系统，通过采集某次该弹野外弹丸飞行章动规律，得出该弹的飞行姿态角以及空间坐标数据，表2便是此次试验中，第三发弹的判读结果.

通过表1、表2的结果显示，利用计算机图像采集以及处理纸靶弹孔图像能够相对准确的反映出弹丸飞行状态，在精准度以及操作效率上，都具有可行、简便的优势，值得大力推广应用.

表2

4 结语

数字时代下，计算机技术作为被应用最广的高新技术手段，它不仅仅能够快速的帮助人们了解信息、处理信息，还可以帮助人们精准的分析信息，最终人更加高效率的从事相关工作与研究，提供有力的外部支撑，随着信息化时代的全面到来，运用计算机图采集与处理纸靶弹孔图像，必将发挥越来越重要的作用.

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