[发明专利]一种测量枪口及枪机运动的高速摄影数据处理方法

说明书

本发明公开了一种测量枪口及枪机运动的高速摄影数据处理方法，首先剔除枪口及枪机处于静止状态下的原始位移‑时间信息以及处于运动状态下的原始位移‑时间曲线毛刺，将枪口及枪机运动过程中经过每一像素点上的第一个数据点作为有效数据点，其余作为无效数据点并剔除。通过对Akima算法中的波动权重进行重新改进，避免了枪口及枪机运动参数曲线畸形，实现了对无效数据点合理修复还原的目的，有效消除了数据跳变问题，提高了采用高速摄影系统对枪口及枪机运动参数的测试精度。

技术领域

本发明属于枪械运动特性测量技术领域，具体涉及一种非接触式测量枪口及枪机运动的高速摄影数据处理方法。

背景技术

高速摄影测量系统能够利用图像信息对测试目标实施非接触式测量，没有附加质量对目标运动的影响，具有测试精度高、重复性好、操作简单等特点，目前已被广泛应用于枪械、自行火炮、坦克和导弹等武器装备的测试试验中。

在枪械运动特性测试试验中，通常需要对枪械的枪口和枪机在某一时间段内的位移、速度和加速度等运动参数进行高精度动态测量，为枪械动力学建模与优化设计奠定数据基础。

在使用高速摄影测量系统对某型枪械的枪口和枪机实施运动特性测试时发现，在定义图像比例尺和跟踪点的基础上，从高速摄影测量结果中容易提取到枪口和枪机的位移-时间数据信息。为全面了解枪口和枪机的运动特性，还需要对位移-时间数据信息进行处理以获得速度-时间与加速度-时间数据信息。然而，利用位移-时间数据信息中相邻两个数据点的位移差除以时间间隔的方式获得速度-时间曲线会出现不同程度的“数据跳变”现象，如图1、图2所示。显然，这与枪械射击过程中枪口和枪机的实际运动规律并不相符。经研究发现，由于高速摄像机的分辨率有限，当其使用过高的帧率进行拍摄时，枪口或枪机的标记点有可能会在某一时间段内多次落在同一个像素点上，而像素点是组成图像的最小单位，具有不可分割性，因此测试系统将落在同一像素点上的枪口或枪机实际位置用该像素点的坐标值代替，这使得从测试系统直接导出的枪口或枪机时间-位移曲线呈现出大规模微小“阶梯”状，如图3所示，这是导致速度-时间和加速度-时间曲线出现“数据跳变”现象的直接原因。

为了解决数据跳变问题，在以往的研究中通常采用等效匀变速运动还原、导数多点平滑和去噪等数据处理方式，但也无法有效消除“数据跳变”现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量枪口及枪机运动的高速摄影数据处理方法，通过识别枪口与枪机的位移-时间信息有效数据点，剔除无效数据点，并利用改进Akima算法修复无效数据点，有效消除数据跳变问题，成功还原枪口与枪机的运动状态，提高了高速摄影测量系统的系统精度。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种测量枪口及枪机运动的高速摄影数据处理方法，包括以下步骤：

步骤1、获取枪口和枪机的原始位移-时间数据信息；

步骤2、对原始时间-位移曲线进行预处理：剔除枪口及枪机处于静止状态下的位移-时间信息以及在运动状态下的位移-时间曲线毛刺；

步骤3、将枪口及枪机标记点在运动过程中落在每个像素点中的第一个数据点作为有效数据点，其余作为无效数据点并剔除掉；

步骤4、采用改进Akima算法对所剔除的无效数据点进行修复还原：首先对原始Akima波动权重进行重新改进，赋予斜率更接近零的一侧更多权重，并增加一个调整系数，以控制枪口及枪机的数据点间插值后曲线的过冲；利用改进后的Akima算法在两相邻有效数据点间生成分段三次多项式函数；将步骤3中剔除的无效数据点所对应的时间分量代入对应的分段三次多项式函数中，获得修复后的枪口及枪机的位移成分；

步骤5、复原步骤2中剔除的枪口及枪机处于静止状态下的位移-时间信息；

步骤6、对还原后的位移-时间曲线进行微分处理，获得标记点速度-时间曲线；