計算機圖像采集與處理在紙靶彈孔圖像中的應用

孟欠欠

（皖南醫學院 計算機教研室，安徽 蕪湖 241000）

計算機圖像采集與處理在紙靶彈孔圖像中的應用

孟欠欠

（皖南醫學院 計算機教研室，安徽 蕪湖 241000）

本文通過對紙靶彈孔判定以及對彈丸飛行狀態進行參數處理原理的運用、創新，結合最新計算機圖像技術，指出利用數字信息時代下圖像采集以及處理辦法對紙靶彈孔圖像進行判讀以及實現數據有效處理的最新應用方式，并通過實例計算，證實計算機圖像采集以及處理在紙靶彈孔圖像中的巨大應用前景.

計算機；圖像采集；處理；紙靶彈孔圖像；應用

誕生于上個世紀二十年代的彈丸飛行攻角紙靶法作為一種簡單、經濟的一種測量彈丸飛行姿態角的常見方法，在今天依然被廣泛的應用在傳統的摸底試驗以及要求一般的實驗中，由于其不僅僅能夠對在彈道靶道內的彈丸飛行姿態角進行測量，還可以同樣適用于野外靶場，該種測量方法所遵循的原則是，在正式進行試驗射擊之前前，安排專人沿著彈丸飛行的方向事先安裝一連串紙靶，確保每一張紙靶都要與彈丸飛行狀態中，在方向是與之垂直的關系，這樣的前提下，一旦彈丸穿過紙靶，紙靶上一定會存在邊緣清晰的彈孔.由于彈孔的具體形態和彈丸實際的飛行姿態角是一一對應的.那么根據這樣的原則，只要對存在于靶紙上彈孔痕跡進行相關運算，那么就可以推測出彈丸在經過靶紙時間段中的飛行姿態角.由于技術手段的限制，長期以來判讀的主要實行者都是人工進行的，由于易受主觀因素影響，且耗時、精準度容易受到各種各樣因素的影響，筆者著重研究，在數字化時代下，利用計算機圖像采集以及處理技術，在紙靶彈孔圖像中實際應用，試圖為提高測量效率與質量，做出應有的努力.

1 計算機尋優計算

通過計算機技術的優化運算，最終對彈孔長軸的長度lc以及章動角δ兩者的函數關系進行確定，公式表示為δ=f(lc)，鑒于火炮是在和紙靶靶面相垂直的角度進行射擊的，因此，彈丸飛行速度在矢量上與紙靶靶面也應當是垂直關系.如果彈丸飛行章動角δ被確定為0.且彈孔是圓形，那么直徑等同于彈徑；若不然，那么彈孔的形狀則和蛋形十分相近，彈孔在長軸方向和鉛直線兩者之間的夾角v也就是彈孔在長軸方向上的方位角，等同于外彈道學中的測量進動角.依照這樣的原理，就可以利用計算機尋優計算的方法，對攻角不同狀態下的彈孔長軸長度值進行運算，并最終用表格的形式將其表現出來.假設彈丸的飛行方向和紙靶平面是垂直的關系，那么則可以認定靶紙上的彈孔形狀和貪玩在靶紙正投影是一致的，為了方便觀察與計算，我們先建立起表一所示的坐標系：

圖1 XOY坐標系以及xoy坐標系

在坐標系中，XOY將彈尖作為原點O，坐標軸OX和彈丸的中心軸兩者失寵和院系，將指向彈尾的方向看做是正方向，xoy坐標系原點與XOY重合，ox做標注與彈丸飛行的方向在一條線上，然而兩者卻是相反方向，oy軸與ox軸垂直，將向上的方向看做是正向，很顯然，OX與ox的夾角與彈丸的飛行攻角是一致的，由圖中的幾何關系可以發現，在本圖中，任何一點存在于xoy軸之間的y坐標點都能夠用

y=xainδ=ycosδ進行表示.

2 紙靶彈孔圖像采集以及判讀辦法

通過上文研究，我們已經獲知在紙靶測量中，所進行公交換算的基本公式，接下來所要做的就是利用計算機圖像技術對紙靶彈孔圖像進行采集與處理，在實際應用中，其遵循的步驟如圖2所示.

圖2 計算機圖像采集以及處理紙靶彈孔系統

在該系統中，圖像傳感器的重要作用就是對紙靶彈孔圖像進行轉換，并最終是其能夠用數字圖像的方式表現出來，通常來說，數碼相機以及攝像頭是最常用的設備.圖像采集系統主要依靠圖像采集卡與計算機兩者相互協作，才可以順利實現工作.如若在使用過程中，數碼相機承擔的是圖像傳感器的作用，那么只要安裝一個數據接口，就可以和電子計算機相互配合.紙靶彈孔判讀軟件通過與電子計算機系統的相互配合，最終實現對紙靶彈孔數據進行自動、半自動判讀.具體來說，利用計算機圖像對紙靶彈孔圖像判讀，需要遵循以下八個步驟：

第一，根據實驗現場情況以及靶紙標記，對地i張靶紙的判讀方向以及xi的坐標值進行確定.

第二，使用軟件首先對極光基準值標點以及根據試驗現場情況，對坐標原點以及圖像判讀坐標系進行確認.

第三，依照平臺壓板上的標準尺寸進一步的對采集圖像進行定標.

第四，選擇最佳的弧線規整以及蛋形彈孔長軸以及短軸相關的表遠點，對其在坐標系中的坐標進行具體確認，分別表示為（xc1,yc1）、（xc2,yc2）以及（xd1, yd1），（xd2,yd2）

第五，利用矩形理論，對彈孔中心在坐標系中的坐標（yi,zi）進行判定.

第六，利用以下公式，對彈孔長軸長度、短軸長度以及Rci值進行計算：

第七，利用以下公式對彈孔長軸方向角的數據進行計算：

第八，根據上述方法，對攻角換算數據的值進行進一步的換算，得出Rci以及其對應的攻角δi.

3 用實際例子驗證計算機圖像采集與處理紙靶彈孔圖像的精確性

為了驗證攻角紙靶測彈丸飛行用電子計算機圖像采集以及處理方式的正確與否，筆者使用上文已經提到的系統，對某30mm的脫殼穿甲彈攻角紙靶測量彈丸飛行姿態實驗中的紙靶彈孔圖像，進行了電子計算機模式的采集以及處理，根據該圖紙上現實的外層架構，利用傳統制作模型板的方法，在使用量角器以及直尺的方式下，對該穿甲彈的（Rc，δ）值進行了測量，為后面的驗證計算提供充足的數據.

依照上文所講述的方法，筆者根據感脫殼穿甲彈在圖紙上的外形結構，最終建立起與之相配套的母線方程，并依據0.618法對其（Rc，δ）數值進行計算，處于方面比較的目的，此次研究中，筆者會將攻角換算的實際測量值與對應的計算數值同時放置于表一致中，通過表一數據，本次畫出的攻角換算（Rc，δ）曲線如圖3所示.

圖3 攻角換算（Rc，δ）曲線

表1 某30mm脫殼彈（Rc，δ）的數據計算值

依照本文第二部分所探討出的方法，在此次研究中，本文通過說數碼相機結合，將其作為圖像傳感器媒介，最終與電子計算機相互結合形成電子計算機圖像采集、處理系統，通過采集某次該彈野外彈丸飛行章動規律，得出該彈的飛行姿態角以及空間坐標數據，表2便是此次試驗中，第三發彈的判讀結果.

通過表1、表2的結果顯示，利用計算機圖像采集以及處理紙靶彈孔圖像能夠相對準確的反映出彈丸飛行狀態，在精準度以及操作效率上，都具有可行、簡便的優勢，值得大力推廣應用.

表2

4 結語

數字時代下，計算機技術作為被應用最廣的高新技術手段，它不僅僅能夠快速的幫助人們了解信息、處理信息，還可以幫助人們精準的分析信息，最終人更加高效率的從事相關工作與研究，提供有力的外部支撐，隨著信息化時代的全面到來，運用計算機圖采集與處理紙靶彈孔圖像，必將發揮越來越重要的作用.

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TP391.4

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1673-260X（2014）03-0025-03