基于单帧多次局部曝光的测速方法

吕琼莹; 谢缘; 穆国振; 贾冰

doi:doi:10.3788/LOP57.221508

激光与光电子学进展, 2020, 57 (22): 221508, 网络出版: 2020-11-05

基于单帧多次局部曝光的测速方法下载： 623次

Velocity Measurement Method Based on Single-Frame Multiple Local Exposures

吕琼莹谢缘 ^*穆国振贾冰

作者单位

长春理工大学机电工程学院, 吉林长春 130022

图 & 表

图 1. 测速系统的布置

Fig. 1. Layout sketch of velocity measurement system

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图 2. $t_{m} \leq t_{f}$ 时目标的单帧局部曝光次数

Fig. 2. Numbers of target local exposures in single frame when $t_{m} \leq t_{f}$

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图 3. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在首帧的局部曝光次数

Fig. 3. Numbers of target local exposures in the first frame when $t_{m} > t_{f}$

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图 4. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在尾帧的局部曝光次数

Fig. 4. Numbers of target local exposures in the last frame when $t_{m} > t_{f}$

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图 5. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在中间帧的局部曝光次数

Fig. 5. Numbers of target local exposures in a middle frame when $t_{m} > t_{f}$

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图 6. 单目视觉定位的模型

Fig. 6. Model of monocular vision positioning

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图 7. 振镜坐标系下的运动目标

Fig. 7. Moving target in galvanometer coordinates

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图 8. 局部曝光成像模型

Fig. 8. Imaging model for local exposure

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图 9. 不同目标速度下的测速误差

Fig. 9. Velocity measurement errors at different target velocities

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图 10. 不同目标速度下的相对测速误差

Fig. 10. Relative velocity measurement error at different target velocities

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图 11. 不同目标速度下的最大局部曝光次数

Fig. 11. Maximum numbers of local exposures under different target velocities

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图 12. 振镜扫描的局部曝光轨迹

Fig. 12. Local exposure track of galvanometer scanning

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图 13. 单帧多次局部曝光得到的运动目标。(a)实验1;(a)实验2

Fig. 13. Moving target obtained by multiple partial exposures in a single frame. (a) Experiment1; (b) experiment2

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图 14. 目标测速的结果

Fig. 14. Results of target velocity measurement

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图 15. 相对测速误差(以初速度为真值)

Fig. 15. Relative velocity measurement error (take initial velocity as true value)

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图 16. 相对测速误差(以平均速度为真值)

Fig. 16. Relative velocity measurement error (take the average velocity as the true value)

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表 1相机与激光测距机测量的数据

Table1. Data measured by camera and laser range finder

Exposureorder	$P_{c}$		$d_{i}$ /m	$P_{i}$ /m			$v_{i}$ /(m·s^-1)
Exposureorder	u	v	$d_{i}$ /m	x	y	z	$v_{i}$ /(m·s^-1)
18	1019	630	7.35	0.504	0.157	-0.011	20.661
19	1004	635	7.34	0.484	0.163	-0.010	21.928
20	988	639	7.34	0.464	0.169	-0.010	21.597
21	973	645	7.34	0.445	0.175	-0.009	16.502
22	961	649	7.33	0.425	0.181	-0.009	23.672
58	425	815	7.29	-0.284	0.398	0.010	17.380
59	412	818	7.30	-0.303	0.404	0.010	24.248
60	395	824	7.29	-0.323	0.410	0.011	21.229
61	379	827	7.30	-0.343	0.416	0.011	17.606
62	366	830	7.30	-0.362	0.422	0.012	22.339

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吕琼莹, 谢缘, 穆国振, 贾冰. 基于单帧多次局部曝光的测速方法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(22): 221508. Qiongying Lü, Yuan Xie, Guozhen Mu, Bing Jia. Velocity Measurement Method Based on Single-Frame Multiple Local Exposures[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(22): 221508.

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图 1. 测速系统的布置

Fig. 1. Layout sketch of velocity measurement system

图 2. $t_{m} \leq t_{f}$ 时目标的单帧局部曝光次数

Fig. 2. Numbers of target local exposures in single frame when $t_{m} \leq t_{f}$

图 3. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在首帧的局部曝光次数

Fig. 3. Numbers of target local exposures in the first frame when $t_{m} > t_{f}$

图 4. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在尾帧的局部曝光次数

Fig. 4. Numbers of target local exposures in the last frame when $t_{m} > t_{f}$

图 5. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在中间帧的局部曝光次数

Fig. 5. Numbers of target local exposures in a middle frame when $t_{m} > t_{f}$

图 6. 单目视觉定位的模型

Fig. 6. Model of monocular vision positioning

图 7. 振镜坐标系下的运动目标

Fig. 7. Moving target in galvanometer coordinates

图 8. 局部曝光成像模型

Fig. 8. Imaging model for local exposure

图 9. 不同目标速度下的测速误差

Fig. 9. Velocity measurement errors at different target velocities

图 10. 不同目标速度下的相对测速误差

Fig. 10. Relative velocity measurement error at different target velocities

图 11. 不同目标速度下的最大局部曝光次数

Fig. 11. Maximum numbers of local exposures under different target velocities

图 12. 振镜扫描的局部曝光轨迹

Fig. 12. Local exposure track of galvanometer scanning

图 13. 单帧多次局部曝光得到的运动目标。(a)实验1;(a)实验2

Fig. 13. Moving target obtained by multiple partial exposures in a single frame. (a) Experiment1; (b) experiment2

图 14. 目标测速的结果

Fig. 14. Results of target velocity measurement

图 15. 相对测速误差(以初速度为真值)

Fig. 15. Relative velocity measurement error (take initial velocity as true value)

图 16. 相对测速误差(以平均速度为真值)

Fig. 16. Relative velocity measurement error (take the average velocity as the true value)

表 1相机与激光测距机测量的数据

Table1. Data measured by camera and laser range finder

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图 1. 测速系统的布置

Fig. 1. Layout sketch of velocity measurement system

图 2. tm≤tf时目标的单帧局部曝光次数

Fig. 2. Numbers of target local exposures in single frame when tm≤tf

图 3. tm>tf时目标在首帧的局部曝光次数

Fig. 3. Numbers of target local exposures in the first frame when tm>tf

图 4. tm>tf时目标在尾帧的局部曝光次数

Fig. 4. Numbers of target local exposures in the last frame when tm>tf

图 5. tm>tf时目标在中间帧的局部曝光次数

Fig. 5. Numbers of target local exposures in a middle frame when tm>tf

图 6. 单目视觉定位的模型

Fig. 6. Model of monocular vision positioning

图 7. 振镜坐标系下的运动目标

Fig. 7. Moving target in galvanometer coordinates

图 8. 局部曝光成像模型

Fig. 8. Imaging model for local exposure

图 9. 不同目标速度下的测速误差

Fig. 9. Velocity measurement errors at different target velocities

图 10. 不同目标速度下的相对测速误差

Fig. 10. Relative velocity measurement error at different target velocities

图 11. 不同目标速度下的最大局部曝光次数

Fig. 11. Maximum numbers of local exposures under different target velocities

图 12. 振镜扫描的局部曝光轨迹

Fig. 12. Local exposure track of galvanometer scanning

图 13. 单帧多次局部曝光得到的运动目标。(a)实验1;(a)实验2

Fig. 13. Moving target obtained by multiple partial exposures in a single frame. (a) Experiment1; (b) experiment2

图 14. 目标测速的结果

Fig. 14. Results of target velocity measurement

图 15. 相对测速误差(以初速度为真值)

Fig. 15. Relative velocity measurement error (take initial velocity as true value)

图 16. 相对测速误差(以平均速度为真值)

Fig. 16. Relative velocity measurement error (take the average velocity as the true value)

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图 3. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在首帧的局部曝光次数

Fig. 3. Numbers of target local exposures in the first frame when $t_{m} > t_{f}$

图 4. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在尾帧的局部曝光次数

Fig. 4. Numbers of target local exposures in the last frame when $t_{m} > t_{f}$

图 5. $t_{m} > t_{f}$ 时目标在中间帧的局部曝光次数

Fig. 5. Numbers of target local exposures in a middle frame when $t_{m} > t_{f}$