Научная статья на тему 'Метод обработки видео- и фотоизображений неконтактного разрыва артиллерийского боеприпаса для определения его эпицентра и высоты срабатывания'

Метод обработки видео- и фотоизображений неконтактного разрыва артиллерийского боеприпаса для определения его эпицентра и высоты срабатывания Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
101
24
Поделиться
Ключевые слова
НЕКОНТАКТНЫЙ РАЗРЫВ / АРТИЛЛЕРИЙСКИЙ БОЕПРИПАС / МИНА / ВИДЕО И ФОТО ИЗОБРАЖЕНИЕ / АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СПЕЦИАЛЬНАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА / NON-CONTACT GAP / ARTILLERY AMMUNITION / MINA / VIDEOS / AND PHOTO IMAGE / AUTOMATED SPECIAL MATHEMATICAL TREATMENT

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Логинов Сергей Михайлович

Представлен новый метод автоматизированной специальной математической обработки видео и фото изображений неконтактных разрывов артиллерийских боеприпасов и мин с учетом расчета уровня подстилающей поверхности. Разработанный метод позволяет автоматически определять на зафиксированном изображении неконтактного разрыва точку срабатывания взрывателя и с требуемой точностью проводить измерения координат и высоты неконтактного подрыва артиллерийских боеприпасов над подстилающей поверхностью.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Логинов Сергей Михайлович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

VIDEO AND STILL IMAGE PROCESSING METHOD OF ARTILLERY AMMO NON-CONTACT EXPLOSION TO IDENTIFY IT’S EPICENTRUM AND ACTUA TION HEIGHT

Presents a new method of automated special mathematical processing of video and photo images of non-contact explosions of artillery ammunition and mines, due to the level of the underlying surface. The developed method allows to automatically determine the image recorded on the noncontact gap the trip point of the fuse with the required accuracy measurements of coordinates and heights of non-contact detonation of artillery ammunition over the underlying surface.

Текст научной работы на тему «Метод обработки видео- и фотоизображений неконтактного разрыва артиллерийского боеприпаса для определения его эпицентра и высоты срабатывания»

УДК 004.932

МЕТОД ОБРАБОТКИ ВИДЕО- И ФОТОИЗОБРАЖЕНИЙ НЕКОНТАКТНОГО РАЗРЫВА АРТИЛЛЕРИЙСКОГО

БОЕПРИПАСА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕГО ЭПИЦЕНТРА И ВЫСОТЫ СРАБАТЫВАНИЯ

С.М. Логинов

Представлен новый метод автоматизированной специальной математической обработки видео и фото изображений неконтактных разрывов артиллерийских боеприпасов и мин с учетом расчета уровня подстилающей поверхности. Разработанный метод позволяет автоматически определять на зафиксированном изображении неконтактного разрыва точку срабатывания взрывателя и с требуемой точностью проводить измерения координат и высоты неконтактного подрыва артиллерийских боеприпасов над подстилающей поверхностью.

Ключевые слова: неконтактный разрыв, артиллерийский боеприпас, мина, видео и фото изображение, автоматизированная специальная математическая обработка.

Одной из тематик испытательного полигона (п. Смолино) ФГБУ «3 ЦНИИ» Министерства обороны России является испытания неконтактных взрывателей артиллерийских боеприпасов. Основным параметром, измеряемым при проведении испытаний, является высота срабатывания взрывателя. Для решения этой задачи на полигоне применяется методика обработки изображения, полученного с помощью кино, видео и фото аппаратуры. В 80-е и 90-е годы для регистрации использовались скоростные кинокамеры «Подснежник» и «Гладиолус». Работа этих комплексов регистрации была ограничена высокой стоимостью кинофотопленки и ее проявки, трудоемкостью и продолжительностью по времени процессов обработки материалов, а так же их низкой надежностью.

Быстрый технический прогресс в области видео и фототехники, а также появление средств компьютерной обработки изображений и результатов измерений позволили предложить для использования в контрольно-измерительных схемах испытаний автоматизированные измерительно-вычислительные комплексы сбора и обработки виде и фото информации.

Наряду с измерениями пространственных координат и высоты неконтактного разрыва очень важной задачей является определение точки срабатывания взрывателя (эпицентра). Процесс разрыва является очень быстротечным и для его регистрации в начальной фазе необходимы камеры с очень высокой скоростью съемки - десятки и сотни тысяч кадров в секунду. В настоящее время промышленностью выпускаются подобные видеокамеры, но они обладают рядом существенных недостатков:

- низкая разрешающая способность и низкая чувствительность;

138

- малое время записи (1-6 сек) и большие объемы информации;

- большое время передачи видеоинформации (десятки минут на

один опыт);

- высокая стоимость (единицы и десятки миллионов рублей).

При этом комплект аппаратуры скоростной видеозаписи является сложным оборудованием и требует высокой квалификации обслуживающего персонала. Кроме того имеются ограничения по условиям их применения и необходимости защиты от внешних воздействующих факторов, неизбежных при применении в полевых условиях.

Учитывая тот факт, что для регистрации объекта в пространстве требуется съемка с 2-3 точек, а для перекрытия приёмной площадки с учетом разброса точек падения снарядов требуется в каждой точке 2-3 камеры, необходимое количество камер составляет 6-9 комплектов. В настоящее время на полигоне нет такого количества камер.

С учетом имеющихся на полигоне возможностей была разработана методика измерения координат и высоты разрывов на основе обычной современной видео и фото аппаратуры, обладающей в настоящее время очень высокими техническими характеристиками, доступной стоимостью, простотой и удобством применения.

Для устранения недостатков, связанных с низкой скоростью съемки, предлагается метод обработки изображения более поздних фаз развития разрыва с целью определения его эпицентра. При анализе большого количества полученных видео и фото изображений разрывов были выявлены несколько кадров, в которых случайным образом были зафиксированы начальные фазы формирования разрыва в виде светлого круга диаметром менее 1 метра (рис. 1 и 2 кадр № 1). По такому кадру можно однозначно и с большой точностью определить координаты точки начала формирования воздушного разрыва как центра масс этого светлого круга. Но в большинстве случаев, даже при скоростной съемке свыше 3000 кадров в секунду, удаётся получить изображения светящейся области воздушного разрыва уже размером в несколько метров (рис. 1 и 2 кадр № 2).

Анализ изображения начальной и последующих фаз формирования воздушного разрыва, полученных с помощью скоростной кинокамеры (рис. 1 кадр № 2) и цифрового фотоаппарата (рис. 2 кадр № 2, № 3), позволяет сделать следующие выводы:

- светящееся пятно разрыва остается на месте на протяжении нескольких кадров, его размеры увеличиваются во все стороны относительно точки разрыва снаряда;

- нижняя часть светящегося пятна имеет рваную неопределенную форму за счет движения разорвавшегося снаряда и летящих вперед осколков;

- верхняя часть под углом падения снаряда имеет ровную симметричную параболическую форму;

- основная часть крупных осколков разлетаются перпендикулярно оси снаряда.

Кадр № 1 Кадр № 2

Рис. 1. Изображение фаз формирования воздушного разрыва, полученных с помощью скоростных кинокамер «Подснежник»

с частотой 120 к/с

Кадр № 1 Кадр № 2 Кадр № 3

Рис. 2. Изображение фаз формирования воздушного разрыва, полученных с помощью цифрового фотоаппарата с серийной съемкой 60 к/с

Наложение кадра № 1 и 2 (рис. 3) и кадров № 1, 2 и 3 (рис. 4) показывает, что искомый центр начала формирования разрыва находится в точке, максимально приближенной к фокусу параболы, огибающей верхнюю часть изображения светящегося пятна.

Рис. 3. Наложение двух соседних кадров, полученные с помощью скоростных кинокамер «Подснежник»

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

с частотой 120 к/с

140

т

1 и 2 кадр 1 и 3 кадр

Рис. 4. Наложение двух соседних кадров, полученных с помощью цифрового фотоаппарата с серийной съемкой 60 к/с

Данное заключение позволило предложить алгоритм автоматизированного выделения верхней граничных точек верхней части изображения воздушного разрыва, сглаживания их уравнением параболы и определения координат фокуса полученной параболы для расчёта координат точки разрыва боеприпаса с неконтактным взрывателем (рис. 5).

Рис. 5. Пример применения алгоритма сглаживания уравнением параболы границ верхней части изображения воздушного разрыва и определение фокуса этой параболы

Второй очень важной задачей точного определения высоты срабатывания неконтактных взрывателей является определения уровня подстилающей поверхности в месте падения боеприпаса. В связи с тем, что приемные площадки для артиллерийских стрельб имеют неровный рельеф, а требования по точности определения высоты срабатывания неконтактных взрывателей повышаются до десятков и единиц сантиметров, потребовалась разработка метода измерения уровня подстилающей поверхности в месте падения боеприпаса. Для этого был применен обработки изображений разрыва и изображения масштабной рейки, установленной на месте разорвавшегося снаряда.

Рис. 6. Изображение воронки неконтактного разрыва и установленной на ней масштабной рейки размером 3 метра

141

Разработанные методы определения точки начала формирования разрыва и определения уровня подстилающей поверхности реализованы в специальном программном обеспечении, позволяющем оператору введя исходные данные: координаты установки камер и ориентирных щитов, угол падения снаряда и накинув маркерную рамку на изображение разрыва автоматически получить пространственные координаты центра фокуса параболы (рис. 7).

Рис. 7. Автоматизированное определение координат точки срабатывания вычислением координат фокуса параболы и определение уровня подстилающей поверхности с помощью специального

программного обеспечения

Погрешности определения координат точки разрыва фактически зависят от разрешения камеры и её поля зрения. Угол обзора выбирается исходя из требуемой точности измерений, предполагаемого разброса точек подрыва боеприпасов и технической оснащенности испытательной площадки.

Зависимости цены пикселя от ширины обзора камеры для получения изображений с разрешением 2500 х 2000 точек приведены в таблице.

Зависимость цены пикселя от ширины обзора камеры для получения изображений с разрешением 2500 х 2000 точек

Ширина обзора, м Дальность, м 500 1000 1500 2000 2500 3000

ед. измер.

50 метры 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

секунды 8,2 4,1 2,8 2,1 1,6 1,4

Окончание таблицы

Ширина обзора, м Дальность, м 500 1000 1500 2000 2500 3000

ед. измер.

100 метры 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

секунды 16,4 8,2 5,5 4,1 3,3 2,7

150 метры 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06

секунды 24,6 12,4 8,2 6,2 4,9 4,1

200 метры 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08 0,08

секунды 32,6 16,4 11,0 8,2 6,6 5,5

250 метры 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

секунды 40,4 20,5 13,7 10,3 8,2 6,9

300 метры 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12

секунды 48,1 24,6 16,4 12,4 9,9 8,2

Выводы

Предлагаемый метод специальной математической обработки видео и фото изображений, получаемых при регистрации обычной фото и видео аппаратурой, с учетом расчета уровня подстилающей поверхности, позволяет с требуемой точностью проводить измерения координат и высоты подрыва артиллерийских боеприпасов с неконтактными взрывателями как с дорогостоящего и сложного оборудования скоростной видеосъемки, так и с применением стандартной аппаратуры видео и фото съемки. Указанный метод применяется на полигоне при проведении испытаний существующих и перспективных образцов неконтактных взрывателей. Метод был реализован и подтвердил свою работоспособность при проведении предварительных и государственных испытаний и изделий 9Э363, 9Э363М, 9Э343, 9Э154, приёмо-сдаточных испытаниях ремонтных изделий АР-5, а также при испытаниях станций помех радиовзрывателям.

Использование камер высокого разрешения (формата БиИНО) значительно повысило возможности измерительного комплекса. В настоящее время ведется работа по оснащению камерами, поддерживающими разрешение 4К (4096 х 2160) и повышенную частоту съемки 120-240 к/с, что позволит повысить точность измерений за счет увеличения разрешающей способности исходных видео и фото материалов и регистрации более ранних фаз развития разрыва.

Список литературы

1. Отчет НИР «Трение». В/ч 21374, 2001.

2. Материалы испытаний изделий 9Э363, 9Э363М, 9Э343, 9Э154, АР-5. в/ч 21374, 2006.

Логинов Сергей Михайлович, начальник отдела, 3cnii_ip8@mail.т, Россия, пос. Смолино, Нижегородской области, ФГБУ «3 ЦНИИ» Минобороны России

VIDEO AND STILL IMAGE PROCESSING METHOD OF ARTILLERY AMMO NON-CONTACT EXPLOSION TO IDENTIFY IT'S EPICENTRUM AND ACTUATION

HEIGHT

S.M. Loginov

Presents a new method of automated special mathematical processing of video and photo images of non-contact explosions of artillery ammunition and mines, due to the level of the underlying surface. The developed method allows to automatically determine the image recorded on the noncontact gap the trip point of the fuse with the required accuracy measurements of coordinates and heights of non-contact detonation of artillery ammunition over the underlying surface .

Key words: non-contact gap, artillery ammunition, Mina, videos, and photo image, automated special mathematical treatment.

Loginov Sergey Mikhailovich, head of Department, 3cnii ipH a mail. ru, Russia, the village of Smolino of Nizhny Novgorod region, Federal State Institution "3 the Central Research Institute " of the Ministry of Defense of Russia

УДК 629.113

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ЛОПАСТНОГО АМОРТИЗАТОРА

Ю.А. Перевозчиков

Рассматривается конструкция управляемого гидравлического лопастного амортизатор. В работе исследуются процессы протекающие при работе амортизаторов в процессе движения танка. Приводится разработанная математическая модель гидравлического лопастного амортизатора.

Ключевые слова: гидравлический амортизатор, колебания, математическая

модель.

Амортизатор в обычном понимании - устройство, предназначенное для гашения колебаний подрессоренного корпуса ВГМ. Гашение колебаний основывается на превращении кинетической энергии в другие виды энергий: тепловую или электрическую [1]. Перевод механической энергии в электрическую позволяет утилизировать или аккумулировать энергию колебаний. Однако в гусеничных машинах этот способ не применяется из-за его сложности и высокой стоимости технической реализации.

Для создания модели амортизатора приспособленной для дальнейшего использования в реальной гусеничной машине требуется рассмотреть все протекающие процессы и явления, взаимосвязь которых для гидравлических амортизаторов отражена на рис. 1.

144