某型導(dǎo)彈位標器本體電鎖精度自動測試算法設(shè)計

陳青貴

摘 要：某型導(dǎo)彈位標器本體電鎖精度測試采用新型的光學(xué)系統(tǒng)，具有精度高、靈敏度高、實時直觀的特點。該系統(tǒng)通過采集CCD的圖像，對圖像上的中心點和圓周分別進行檢測識別，進而計算出產(chǎn)品的電鎖精度。本文簡要介紹該系統(tǒng)測試原理，重點闡述圖像識別算法、設(shè)計流程。本測試系統(tǒng)在某型位標器本體生產(chǎn)中已經(jīng)可靠穩(wěn)定運行多個批次，得到了實踐的檢驗。

關(guān)鍵詞：CCD；電鎖精度；圓周擬合；Visual C++

中圖分類號：TJ765.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0057-02

The Design of a Certain Missile Seeker Bodys Locking

Precision Automatic Test

CHEN Qinggui

（China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471009）

Abstract： To test the locking precision of a certain missile seekers body， a new type of optical system with high precision， high sensitivity， real-time and visual characteristics has being designed. This system acquires image through CCD， then detects and recognize the lights center and the circle in the image， finally the locking precision can be calculated. This paper briefly introduced the testing principle of the system， and expounded the image recognition algorithm and design flow. The test system has been running reliably and stably in the production.

Keywords： CCD；locking precision；circle fitting；Visual C++

某小型空空導(dǎo)彈采用動力陀螺平臺，導(dǎo)彈在掛機時需要將動力陀螺鎖定在彈軸位置，其鎖定精度與導(dǎo)彈捕獲目標息息相關(guān)，因此電鎖精度是近距格斗空空導(dǎo)彈的一項重要指標。位標器本體是鎖定動力陀螺的執(zhí)行機構(gòu)。位標器本體電鎖精度測量的是其鎖定標準動力陀螺的能力。

某型位標器本體電鎖精度測試系統(tǒng)通過光學(xué)系統(tǒng)將電鎖精度測試轉(zhuǎn)化測量一個圓周中心和一個光點中心。測試軟件負責(zé)控制攝像機通過CCD采集圓周和單獨光點的圖像，再對每一幀圖像進行識別、計算、標識，然后通過軟件界面顯示測量圖像[1]。

1 系統(tǒng)基本原理

測試系統(tǒng)的光學(xué)原理如圖1所示。轉(zhuǎn)子（動力陀螺）傘形罩端面裝有反射鏡，轉(zhuǎn)子中空，為光通路，底座上端面為反射面，與軸線垂直。給位標器本體供電，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并處于電鎖狀態(tài)，則轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸與電鎖線圈的電磁軸重合，底座軸線與位標器本體機械軸重合。光源發(fā)出的光線經(jīng)光欄后通過反射鏡，經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)的透鏡后變?yōu)槠叫泄狻Ｆ叫泄庖徊糠纸?jīng)轉(zhuǎn)子傘形罩端面的反射鏡反射后折回，一部分通過轉(zhuǎn)子中軸線經(jīng)底座反射面反射后，折回的兩束平行光再經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡匯聚、反射鏡反射后在CCD（焦平面）上成像為兩個點。由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，對應(yīng)傘形罩端面反射鏡反射的平行光成像像點軌跡一般情況下為一個圓，圓心反映轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸（電鎖線圈的電磁軸）的空間角度；底座反射鏡反射的平行光對應(yīng)成像像點反映位標器本體機械軸空間角度，二者之差即為位標器本體電鎖線圈電磁軸與機械軸（芯座軸）偏差，即位標器本體電鎖精度[2]。

[光欄][反射鏡][光學(xué)系統(tǒng)][底座][光源][CCD][轉(zhuǎn)子反射鏡][轉(zhuǎn)子][位標器本體][底座反射鏡]

圖1 測試系統(tǒng)原理圖

2 算法設(shè)計

測試軟件采用Visual C++開發(fā)，軟件主要功能是提供CCD成像界面，并通過識別圓周中心和單獨光點中心計算出產(chǎn)品的電鎖精度。

2.1 識別中心點

激光出射強度具有高斯分布特性，即中心亮度大，四周分布漸漸減弱，因此在CCD上中心點的亮度要比圓周上的點亮度大得多。CCD形成的圖像軟件處理是位圖格式，可以理解為二維數(shù)組，圖像上每個點有R、G、B三種顏色數(shù)據(jù)，每個值為0～255。本系統(tǒng)選用的紅色激光，通過實測，R值占主要成分，基本上最亮點R都能到255，G值次之，實測最亮點G值在150左右。軟件尋找圖片中最亮的點就是分別找像素點R的最大值和G的最大值，然后向下設(shè)置一個較小門限，認為這些最亮點即是中心點，然后求這些最亮點的坐標均值，作為中心點坐標[3]。中心點識別出來以后，將中心點附近區(qū)域的點全部重置為黑點，黑點的范圍既要滿足遮蔽所有中心點，又要滿足不能遮蔽掉所有圓周上的點。這樣圖像上就只剩下圓周上的亮點，中心點與圓周點也就分離開來。

2.2 識別圓心

經(jīng)過2.1步驟的處理，圖像上的點只剩下圓周上的點，通過最小二乘法進行圓周擬合即可得到圓周的圓心坐標，不過由于圖像上亮點數(shù)眾多，需要每秒24幀圖像處理，進行圓周擬合計算機運算量太大，因此要對圓周上的點進行一次濾除。通過設(shè)置一個門限，即像素點的R值必須大于一定值，將篩選后的圓周點進行曲線擬合，可以大大減少計算機的運算量[4]。

2.3 計算電鎖精度

通過系統(tǒng)校準，可以測得本系統(tǒng)中CCD的水平視場角a和垂直視場角b。軟件測試計算可得到圓心坐標和中心點坐標的差值（ΔX，ΔY），通過公式（1）即可計算出位標器本體的電鎖精度θ。公式（1）中1 040是CCD水平像素點數(shù)，1 392是垂直像素點數(shù)。

[θ=（ΔX×a1 040）2+（ΔY×b1 392）2] （1）

3 程序?qū)嵗?/p>

程序主界面程序在所有按鈕設(shè)置快捷操作鍵，本程序完成圖像的自動識別，并進行自動測量和標示，極大地提高了生產(chǎn)現(xiàn)場的測試效率。

4 結(jié)語

本體電鎖精度測試將實體角度誤差轉(zhuǎn)換為光線角度誤差，然后采用CCD進行自動測量。光學(xué)測量具有實時性高、分辨率高、非接觸的優(yōu)點，可為一些工業(yè)測量提供參考方案。本文主要闡述了一種針對CCD圖像處理編程的思路。某型導(dǎo)彈位標器本體電鎖測試系統(tǒng)在該型位標器本體生產(chǎn)中已經(jīng)可靠穩(wěn)定運行多個批次，得到了實踐的檢驗。CCD檢測自動化程度高，穩(wěn)定性好，其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，希望本文可為類似測量系統(tǒng)提供設(shè)計參考。

參考文獻：

[1]湯偉.基于FPGA和CCD相機的紙病檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國造紙學(xué)報，2016（1）：57-62.

[2]張現(xiàn).基于數(shù)字圖像識別技術(shù)的焊縫質(zhì)量檢測應(yīng)用研究[J].起重運輸機械，2015（2）：85-88.

[3]胡釗政.利用二次曲線擬合和圓環(huán)點進行攝像機標定[J].西安交通大學(xué)學(xué)報，2006（10）：1065-1068.

[4]劉慶民.滾珠螺母形位誤差的CCD測量[J].計量學(xué)報，2009（5）：399-404.