基于大功率LED闪光成像的速度测量研究

论文摘要

在流体力学、爆轰物理学以及工程实践等研究领域中经常需要对快速运动的物体如高速飞行的弹丸、炸药性能、物体爆炸时的碎片、高速转动的转轴等进行测速、拍照、参数控制等,由于物体运动速度极高,必须采用高速摄影装置才能对其进行记录和观察。然而,这些物体大部分是自身不能够发光的,测量时需要有配套的照明光源和精确的同步控制系统才能使图像记录设备感光成像,正是在这样的背景下提出了闪光成像速度测量系统的研究。闪光成像速度测量系统采用脉冲照明光源,通过同步触发控制对飞行中的物体进行两次闪光照明,采用CCD记录物体的图像,最后通过图像处理技术测量物体的速度,同时还能观察物体在飞行中的姿态。系统应用数字CCD相机来记录物体图像,采用大功率LED作为脉冲照明光源,使用现场可编程门阵列(FPGA)来设计同步触发电路,提高了系统的测量精度、集成度和环境适应能力。首先从闪光成像的用途和研究意义出发,在阐述系统的原理和结构的基础上,重点叙述了基于FPGA器件的同步触发电路的设计和图像处理软件的设计。闪光成像速度测量系统经过靶场实弹测试,证明本系统设计合理,功能完善,环境适应性好,精度高,可靠性高,速度测试误差小于1m/s。具有较高的实用价值和推广价值,是炮弹和其他高速运动物体速度测量不可缺少的设备之一,在现代靶场测试和其他工程实践中有着广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 闪光成像测速原理
• 1.3 系统组成与布局
• 1.4 论文的基本内容和安排
• 第二章 同步触发系统
• 2.1 同步触发系统的技术要求
• 2.1.1 FPGA开发工具
• 2.2 FPGA时序设计流程
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 外部触发微分电路
• 2.2.3 脉冲参数寄存电路
• 2.2.4 脉冲产生电路
• 2.3 脉冲参数控制
• 2.4 整体仿真及实验结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 LED闪光系统
• 3.1 脉冲光源概述
• 3.2 大功率LED
• 3.3 LED驱动电路
• 3.4 LED光束扩束、准直及安装设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 图像采集与处理系统
• 4.1 准备工作
• 4.1.3 模板标定
• 4.2 同步触发时间计算
• 4.2.1 CCD同步触发时间计算
• 4.2.2 LED同步触发时间计算
• 4.3 图像处理软件
• 4.3.1 通信设置
• 4.3.2 图像特征点提取
• 4.3.3 速度测量
• 4.3.4 测量精度分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的可靠性分析及实验结果
• 5.1 电磁干扰及其抑制措施
• 5.1.1 输入干扰及其抑制
• 5.1.2 输出干扰及其抑制
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 发表文章目录
• 参考文献
• 致谢