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龙图腾网获悉西安工业大学申请的专利一种空中炸点三维坐标探测装置及测量方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115690211B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-06发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211316447.0，技术领域涉及：G06T7/73；该发明授权一种空中炸点三维坐标探测装置及测量方法是由王泽民;刘敏;王守民;雷志勇;李静;史志军;闫克丁;雷秉山设计研发完成，并于2022-10-26向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种空中炸点三维坐标探测装置及测量方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种空中炸点三维坐标探测装置及测量方法，包括炸点图像处理系统和至少两台高速摄像机；在终点弹道的安全区域分别在弹道两边布设至少一台高速摄像机，使炮弹预炸范围处于弹道两边的高速摄像机的交汇探测视场区域内，在理论炸点处放置测试标杆，并测其坐标，在距离弹道两边的高速摄像机中心距离300～500米处的前端预弹道下方安全区域放置天幕靶触发装置，炸点图像处理系统和北斗时统装置布设在炸点以外安全区域；高速摄像机分别与天幕靶触发装置、炸点图像处理系统和北斗时统装置相连，北斗时统装置与炸点图像处理系统相连。解决了空中炸点瞬时三维坐标测量因高速摄相机帧频受限因素影响的问题，也提高了炸点坐标测量的精度。

本发明授权一种空中炸点三维坐标探测装置及测量方法在权利要求书中公布了：1.一种空中炸点瞬时三维坐标测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1：炸点图像处理系统将检测识别出的炮弹爆炸前一帧未起爆时的炮弹图像信息和爆炸后第一帧出现火光的炮弹火光图像信息，及对应每帧时刻Tn-1、Tn1，采用图像插帧算法中的帧混合插帧算法，并结合炮弹爆炸火球膨胀模型，计算出插入帧图像各像素点，生成中间帧图像Gd0ue,ve,t0，即炮弹起爆时第一时刻的火光图像信息； 步骤2：对步骤1生成的中间帧图像Gd0ue,ve,t0进行分析，存在两种情况：1炮弹与炮弹起爆时第一时刻的火光图像帧混合后，不存在叠加或者部分叠加，则中间帧图像的炸点坐标为炮弹坐标和炮弹起爆时第一时刻的火光图像中心坐标的中间点；2炮弹与炮弹起爆时第一时刻的火光图像帧混合后，炮弹目标完全与火光图像重合，则中间帧图像的炸点坐标即为炮弹起爆时第一时刻的火光图像中心坐标； 再根据分析结果将步骤1得到的炮弹起爆时第一时刻的火光图像信息采用基于矩的重心坐标提取算法计算中间帧图像Gd0ue,ve,t0的炸点坐标up0,vp0；并计算对应插帧图像的帧时刻； 步骤3：根据测试标杆图像解算出相机内外标定参数，获取系统标定数据；通过建立图像像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系，结合各个坐标系间的转换关系，求解空间炸点坐标模型，并将步骤2得到的中间帧图像Gd0ue,ve,t0的炸点坐标up0,vp0代入空间炸点坐标模型中，求解出炸点的空间三维坐标及爆炸时刻； 其中，所述的步骤1具体为： 炸点图像处理系统将形态学滤波处理后的爆炸前一帧未起爆时的炮弹图像Gdn-1ue,ve,tn-1和爆炸后第一帧出现火光时的炮弹火光图像Gdn1ue,ve,tn1带入插帧算法中，并结合炮弹爆炸火球膨胀模型，假设起爆前一帧的权重为L-αL，起爆后第一帧火光图像的权重为αL，两个参考帧乘上各自的权重后相加即可得到中间帧图像Gd0ue,ve,t0；其中，算法如下： 其中，其中，L为原始帧两帧之间的距离，α为起爆前一帧与插入帧之间的相对距离； 插入帧时刻为： Tn0＝Tn-1+α 步骤2具体为: 判断步骤1获得的中间帧图像的两种位置关系： 1炮弹与火光图像的叠加或者部分叠加，则中间帧图像的炸点坐标为炮弹坐标和火光图像中心像素坐标的中间点；2炮弹目标完全与火光图像重合，则中间帧图像的炸点坐标即为火光图像中心像素坐标； 根据判断的结果采用基于矩的重心坐标提取算法计算中间帧图像的炸点坐标，设炸点火光图像中火光区域内各像素的质量为1，即每个像素的质量就等于它的像素值，ue,ve为图像像素的坐标，S为像素区域的面积，则目标的p+q阶矩可表示为： 式中M为不同p，q值下的图像的矩，fue,ve为一个像素的质量；分别求出其零阶矩和一阶矩，共三种情况如下： 当p＝0，q＝0时，可得零阶矩M0,0为： 当p＝1，q＝0时，一阶矩M0,1为： 当p＝0，q＝1时，一阶矩M1,0的值为： 利用零阶矩和一阶矩可以算出目标图像的重心，用up0,vp0表示中间帧图像的炸点坐标，则炸点坐标的求解算法为： 其中，M1,0代表弹孔所有像素的横坐标之和，M0,1代表弹孔所有像素的列坐标之和，M0,0代表弹孔所包含的像素个数； 步骤3具体为：求解空间炸点坐标模型并将炸点坐标带入其中求解出炸点空间三维坐标： 假设空间炸点P在世界坐标系下的三维坐标为XP,YP,ZP成像后的图像坐标为uP,vP；高速摄相机线性模型可表示为： 相机畸变模型如下： 其中，考虑二阶径向畸变，畸变系数为a1、a2；λ为比例因子，uw,vw为无畸变图像坐标，R,T为相机的外部参数，R和T分别为世界坐标系到相机坐标系的旋转矩阵和平移矢量，A为相机内部参数矩阵，可表示为： 式中，u0,v0为图像坐标系的主点坐标，fx、fy分别为u轴和v轴的尺度因子，α是u轴和v轴的不垂直因子；高速摄相机标定要参考相机内部参数矩阵的5个参数fx、fy、α、u0和v0，以及畸变系数a1、a2； 在进行测试前，用两个标准的测试标杆在炮弹预炸点范围内进行多方向的旋转，采用高速双目相机拍摄炮弹预炸点多幅标准的测试标杆不同方位运动图像；根据标准的测试标杆上特征点在两侧高速摄像机组成的双目相机上成像关系解算相机标定的5个参数和相机畸变系数； 建立图像像素坐标系、图像坐标系、相机坐标系和世界坐标系；各坐标系之间转换的解算步骤如下： 1像素坐标系与图像坐标系及变换关系 图像像素坐标系将图像的左上角作为坐标原点，将行和列分别作为其坐标系的u轴和v轴方向，该坐标系为一个平面的二维坐标系以像素为单位，以图像大小为图像分辨率，其像素坐标就是像素在图像中的位置；而像素无法反应图像中物体的物理尺寸，因此建立图像坐标系，该坐标系原点建立在像素坐标系内与相机光轴和相机光电传感成像平面之间的交点重合，其x轴与像素坐标系的u轴平行、y轴与像素坐标系的v轴平行；设图像中心的像素坐标为u0,v0，CCD相机靶面上每个像素在x轴和y轴方向上的物理尺寸分别为dx和dy，则像素坐标u,v和图像坐标x,y之间的关系为： x＝udx-u0dx y＝vdy-v0dy 将其写为齐次坐标的形式为： 其中，u0,v0为图像中心的坐标，1dx，1dy分别为x和y方向上的采样频率，即单位长度的像素个数； 2相机坐标系与图像坐标系及变换关系 相机坐标系建立在相机上，该坐标系以光学系统投影中心Oc作为坐标原点，以Z轴为相机的光轴，与X轴和Y轴构成右手坐标系；相机坐标系中的物点PXc,Yc,Zc在图像坐标系中的像点px,y之间的关系为： x＝fXcZc y＝fYcZc 将其写为齐次坐标的形式为： 3相机坐标系与世界坐标系及变换关系 选取控制点的测量坐标系为物方空间坐标系；世界坐标系中的点到相机坐标系的映射由一个正交旋转矩阵R和一个平移矩阵T来表示，其公式为： 写为齐次坐标形式可以表示为： 其中，正交旋转矩阵R是相机坐标系相对世界坐标系坐标轴的方向的余弦组合，平移矩阵T＝[t1t2t3]T是相机坐标系原点在世界坐标系下的坐标； 结合各个坐标系间的转换关系，得到像素坐标系到世界坐标系的变换关系如下式子； 其中，Zc的值设为1，其中s为坐标轴倾斜参数，在理想情况下该值为0，A为相机内参数矩阵，R为旋转矩阵T为平移矩阵；将上式进一步化解，则可得系统像素坐标到世界坐标系间的转换关系为： 令则上述公式可简化为下面的空间炸点坐标模型： [XYZ1]T＝C-1[uv1]T2.13 式中，X,Y,Z即为求解出的空间炸点坐标，单位为米；u,v为像素坐标，单位为像素； 其中，将步骤2得到的炸点坐标up0,vp0代入上式空间炸点坐标模型中，得到爆炸时刻炸点空间三维坐标X,Y,Z。

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