兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 240178-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0178
收稿日期:
2024-03-12
上线日期:
2025-02-28
通讯作者:
基金资助:
REN Jie, JIANG Haiyan*(), JI Jianrong
Received:
2024-03-12
Online:
2025-02-28
摘要:
三维激光扫描技术可直接获取破片拦截靶板的高精度点云数据,从而识别提取破片对拦截靶形成的孔洞、凹坑等损伤特征,然而对于大规模靶板阵列,激光扫描仪在多个位置、角度所采集的靶板局部点云位置相互独立,难以反映靶板阵列整体结构,为此提出一种基于欧式空间变换的矩形靶板阵列点云拼接方法。根据局部点云角点坐标及位置关系构建旋转矩阵与平移向量,通过多次旋转变换与平移变换实现多个局部点云的角度姿态调整,拼接为一个矩形破片拦截靶整体点云。与现场靶板阵列的尺寸相对比,拼接所得靶板整体点云的高度与长度的平均相对误差分别为2.035%、1.192%。所提方法填补了破片飞散分布测试技术领域靶板阵列激光点云拼接方法的研究空白,在此基础上未来可结合破片特征识别技术,进一步开展基于激光点云的战斗部破片场飞散分布三维重构方面的研究。
中图分类号:
任杰, 蒋海燕, 姬建荣. 基于欧式变换的矩形破片拦截靶点云拼接方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240178-.
REN Jie, JIANG Haiyan, JI Jianrong. A Point Cloud Splicing Method of Rectangular Fragment Interception Target Based on Euclidean Space Transformation[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(2): 240178-.
i | Fi/m | Gi/m | Ii/m | ni/m | αi/rad | γi/rad | βi/rad | Ri | ti/m |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | (6.213, 5.306, 151.789) | (8.823, -4.303, 152.273) | (8.400, -4.603, 149.360) | (28.136, 7.398, -4.848) | -0.580 | 1.314 | -0.510 | (-25.671, 0, 0) | |
2 | (6.952, -2.174, 152.653) | (-5.012, -2.960, 153.996) | (-5.268, -3.813, 151.219) | (3.329, -33.571, 10.007) | -0.290 | -0.099 | 0.088 | (-22.500, -31.720, 5.978) | |
3 | (3.901, -6.698, 153.523) | (-0.098, 4.301, 154.942) | (-0.637, 4.433, 152.113) | (-31.303, -12.078, 5.402) | -0.421 | 1.203 | 0.513 | (-10.326, -6.694, -0.615) | |
4 | (1.365, -6.849, 156.680) | (-5.528, -3.143, 156.741) | (-5.417, -2.876, 153.757) | (-11.075, -20.560, -2.249) | 0.109 | 0.494 | -0.044 | (21.435, 11.228, -5.211) |
表1 局部点云数据计算参数
Table 1 Point cloud data calculation parameters
i | Fi/m | Gi/m | Ii/m | ni/m | αi/rad | γi/rad | βi/rad | Ri | ti/m |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | (6.213, 5.306, 151.789) | (8.823, -4.303, 152.273) | (8.400, -4.603, 149.360) | (28.136, 7.398, -4.848) | -0.580 | 1.314 | -0.510 | (-25.671, 0, 0) | |
2 | (6.952, -2.174, 152.653) | (-5.012, -2.960, 153.996) | (-5.268, -3.813, 151.219) | (3.329, -33.571, 10.007) | -0.290 | -0.099 | 0.088 | (-22.500, -31.720, 5.978) | |
3 | (3.901, -6.698, 153.523) | (-0.098, 4.301, 154.942) | (-0.637, 4.433, 152.113) | (-31.303, -12.078, 5.402) | -0.421 | 1.203 | 0.513 | (-10.326, -6.694, -0.615) | |
4 | (1.365, -6.849, 156.680) | (-5.528, -3.143, 156.741) | (-5.417, -2.876, 153.757) | (-11.075, -20.560, -2.249) | 0.109 | 0.494 | -0.044 | (21.435, 11.228, -5.211) |
i | 包含点数 | 欧式变换用时/s |
---|---|---|
1 | 6638258 | 0.180 |
2 | 10927116 | 0.297 |
3 | 9849981 | 0.292 |
4 | 7042787 | 0.242 |
表2 局部点云欧式变换用时
Table 2 Time of local point cloud euclidean transformation
i | 包含点数 | 欧式变换用时/s |
---|---|---|
1 | 6638258 | 0.180 |
2 | 10927116 | 0.297 |
3 | 9849981 | 0.292 |
4 | 7042787 | 0.242 |
i | Fi/m | Gi/m | Ii/m | 高度/m | 长度/m |
---|---|---|---|---|---|
1 | (6.213,5.306,151.789) | (8.823,-4.303,152.273) | (8.400,-4.603,149.360) | 2.959 | 9.969 |
2 | (6.952,-2.174,152.653) | (-5.012,-2.960,153.996) | (-5.268,-3.813,151.219) | 2.917 | 12.065 |
3 | (3.901,-6.698,153.523) | (-0.098,4.301,154.942) | (-0.637,4.433,152.113) | 2.883 | 11.789 |
4 | (1.365,-6.849,156.680) | (-5.528,-3.143,156.741) | (-5.417,-2.876,153.757) | 2.998 | 7.827 |
表3 靶板点云拼接前尺寸计算参数
Table 3 Calculation parameters about the size of target point cloud before splicing
i | Fi/m | Gi/m | Ii/m | 高度/m | 长度/m |
---|---|---|---|---|---|
1 | (6.213,5.306,151.789) | (8.823,-4.303,152.273) | (8.400,-4.603,149.360) | 2.959 | 9.969 |
2 | (6.952,-2.174,152.653) | (-5.012,-2.960,153.996) | (-5.268,-3.813,151.219) | 2.917 | 12.065 |
3 | (3.901,-6.698,153.523) | (-0.098,4.301,154.942) | (-0.637,4.433,152.113) | 2.883 | 11.789 |
4 | (1.365,-6.849,156.680) | (-5.528,-3.143,156.741) | (-5.417,-2.876,153.757) | 2.998 | 7.827 |
i | F″i/m | G″i/m | I″i/m | 高度/m | 长度/m | 高度相对 误差/% | 长度相对 误差/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | (-11.652,4.471,151.295) | (-12.065,14.432,151.295) | (-11.998,14.472,148.337) | 2.959 | 9.969 | 1.376 | 0.308 |
2 | (-12.065,14.432,151.295) | (0,14.383,151.295) | (0,14.382,148.378) | 2.917 | 12.065 | 2.779 | 0.539 |
3 | (0,14.432,151.295) | (11.785,14.757,151.295) | (11.750,14.801,148.412) | 2.883 | 11.789 | 3.905 | 1.757 |
4 | (11.785,14.432,151.295) | (11.804,6.605,151.295) | (11.804,6.600,148.297) | 2.998 | 7.827 | 0.081 | 2.165 |
表4 靶板点云拼接后尺寸计算参数表
Table 4 Calculation parameters about the size of target point cloud after splicing
i | F″i/m | G″i/m | I″i/m | 高度/m | 长度/m | 高度相对 误差/% | 长度相对 误差/% |
---|---|---|---|---|---|---|---|
1 | (-11.652,4.471,151.295) | (-12.065,14.432,151.295) | (-11.998,14.472,148.337) | 2.959 | 9.969 | 1.376 | 0.308 |
2 | (-12.065,14.432,151.295) | (0,14.383,151.295) | (0,14.382,148.378) | 2.917 | 12.065 | 2.779 | 0.539 |
3 | (0,14.432,151.295) | (11.785,14.757,151.295) | (11.750,14.801,148.412) | 2.883 | 11.789 | 3.905 | 1.757 |
4 | (11.785,14.432,151.295) | (11.804,6.605,151.295) | (11.804,6.600,148.297) | 2.998 | 7.827 | 0.081 | 2.165 |
[1] |
刘佳畅, 黄艳, 贾亚青, 等. 现代光学三维扫描仪工作原理及技术现状综述[J]. 激光杂志, 2023, 44(7):21-26.
|
|
|
[2] |
|
[3] |
|
[4] |
|
[5] |
陶俊峰, 刘海鸥, 关海杰, 等. 基于可通行度估计的无人履带车辆路径规划[J]. 兵工学报, 2023, 44(11):3320-3332.
doi: 10.12382/bgxb.2023.0262 |
doi: 10.12382/bgxb.2023.0262 |
|
[6] |
霍健, 陈慧敏, 马云飞, 等. 基于MEMS激光雷达的车辆目标识别算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(4):940-948.
|
doi: 10.12382/bgxb.2021.0822 |
|
[7] |
|
[8] |
|
[9] |
姜金佐, 徐翔云, 任王军, 等. 战斗部动态爆炸破片威力场综述[J]. 兵工学报, 2023, 44(增刊1):1-8.
|
doi: 10.12382/bgxb.2023.0715 |
|
[10] |
|
[11] |
|
[12] |
葛超, 王晋, 郑元枫, 等. 线性聚焦式杀伤战斗部设计及破片飞散特性[J]. 北京理工大学学报, 2022, 42(12):1219-1228.
|
|
|
[13] |
|
[14] |
何性顺, 苏健军, 段奇三. 基于TLS的靶板穿孔特征识别提取方法[J]. 兵器装备工程学报, 2021, 42(1):249-253.
|
|
|
[15] |
|
[16] |
刘今越, 翟志国, 贾晓辉, 等. 基于面结构光的工件内壁点云旋转拼接研究[J]. 红外与激光工程, 2022, 51(9):277-283.
|
|
|
[17] |
任栋宇, 李晓娟, 林涛, 等. 基于Kinect v2传感器的果树枝干三维重建方法[J]. 农业机械学报, 2022, 53(增刊2):197-203.
|
|
|
[18] |
魏加立, 曲慧东, 王永宪, 等. 基于飞行时间法的3D相机研究综述[J]. 红外技术, 2021, 43(1):60-67.
|
|
|
[19] |
|
[20] |
冯田, 冯志辉, 南亚明, 等. 基于激光雷达的非合作航天器姿态测量[J]. 传感器与微系统, 2024, 43(2):139-142,147.
|
|
|
[21] |
|
[22] |
|
[1] | 张晓冬, 孙君, 付胜华, 娄文忠, 李楚宝. 基于超声阵列的云爆燃料浓度分布评估试验方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(11): 2785-2790. |
[2] | 刘瀚, 赵耀, 郭志威, 冯顺山, 黄广炎. 防爆装备对TNT炸药爆炸强噪声的防护性能[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2058-2074. |
[3] | 薛栋, 刘金, 王欢, 尹晋涛, 江春茂, 袁先士. CG-01高速风洞弹箭模型动稳定性导数实验系统设计[J]. 兵工学报, 2021, 42(11): 2522-2530. |
[4] | 陈志闯, 李伟兵, 朱建军, 王晓鸣, 李文彬. 40CrMnSiB钢圆柱壳体膨胀断裂中间状态回收试验研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(11): 2137-2144. |
[5] | 柯文, 陈化良, 张之暐, 马林, 门丽娟, 王凤丹. 聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(2): 407-411. |
[6] | 张显丕, 刘建湖, 潘建强, 毛海斌, 张静, 陈学兵. 基于效应靶的装药水下近场爆炸威力评估方法[J]. 兵工学报, 2016, 37(8): 1430-1435. |
[7] | 郭浩, 冯进良, 张尧禹, 才存良, 李思琦. 药筒容积的高精度测量分析[J]. 兵工学报, 2015, 36(4): 758-762. |
[8] | 吕宁, 徐更光. 基于工业计算机断层成像的装药底隙无损检测方法研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(1): 157-162. |
[9] | 吕宁, 徐更光, 薛田, 黄求安. 装药密度的工业计算机断层成像定量测量方法研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(12): 1978-1982. |
[10] | 刘瀚, 翟馨怡, 杨磊, 王志远, 黄广炎. 典型防爆装备对爆炸地震波的防护性能[J]. 兵工学报, 0, (): 0-. |
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