專利名稱:非接觸式火工品控制時序的檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火工品控制系統(tǒng)通電時序的檢測技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及火工品控制系統(tǒng)通電時序的自動檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
火工品包括火帽、雷管和導(dǎo)爆系統(tǒng)等，主要完成點火引爆功能。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，火工品的應(yīng)用越來越廣泛，除廣泛應(yīng)用于航天、航空行業(yè)外，還廣泛應(yīng)用于建筑、制造、醫(yī)療等行業(yè)，如工程爆破、石油勘探、深井采油、移山填海、炸礁筑壩、興修水利、開礦采石、拆除建筑、啟動汽車安全氣囊、人體內(nèi)微型爆破結(jié)石等，凡需要爆破之處，均離不開火工品，并且對火工品的控制要求非常精確?，F(xiàn)代火工品的控制向著數(shù)字化、智能化、精確化方向發(fā)展，大都采用電流激發(fā)方式控制火工品的起爆，要求火工品的控制系統(tǒng)對火工品進(jìn)行精確的時序點火引爆，不允許發(fā)生誤差和混亂。一旦火工品的點火引爆發(fā) 生誤差或混亂，將直接造成災(zāi)難性后果。由于火工品的工作(即點火引爆)具有一次性的特點，在火工品控制系統(tǒng)的組裝測試中，不可能用實際火工品(即火工品真品)進(jìn)行測試，只能用火工品等效器代替火工品真品，對其點火引爆通路狀態(tài)及通路時序進(jìn)行通電測試。為了確?；鸸て肪_地按要求的時序正常工作，保證火工品應(yīng)用的可靠性和安全性，研制火工品控制系統(tǒng)通電時序的自動檢測裝置及方法，具有重要的社會和經(jīng)濟(jì)意義，是非常重要和必要的課題。
現(xiàn)有火工品控制系統(tǒng)通電時序檢測裝置及方法，如《航天控制》1998年第2期的“火工品控制系統(tǒng)電流和潛電流的自動化測試”一文，公開的測量裝置包括多路開關(guān)板、采樣板(裝設(shè)有A/D芯片)、電阻板(裝設(shè)有限流電阻和火工品等效電阻)、直流穩(wěn)壓電源及電纜網(wǎng)。公開的方法是A/D通過二級緩沖來實現(xiàn)的，即軟件控制A/D進(jìn)行采樣信號并存入緩沖區(qū)、控制轉(zhuǎn)換時間、將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號，測試數(shù)據(jù)通過顯示器顯示及打印機打印。該裝置和方法的主要缺點是只能對火工品控制系統(tǒng)通電電流的大小進(jìn)行測試，不能對通電時序(即電路通、斷時間及其先后順序)進(jìn)行測試。又如目前實際使用的檢測裝置及方法是用阻值相同的電阻和信號燈代替火工品真品接入實際系統(tǒng)，信號燈亮、滅狀態(tài)就對應(yīng)于電路通、斷邏輯，通過觀察等效器面板上信號燈的狀態(tài)變化，就是對火工品控制系統(tǒng)的通電時序進(jìn)行檢測。對火工品等效器的時序測試，仍采用傳統(tǒng)的人工檢測和判讀方案，即通過監(jiān)控攝像機對等效器面板進(jìn)行視頻采集，將錄像保存在硬盤錄像機中，然后由測試人員對錄像進(jìn)行慢放、甚至是逐幀播放，記錄并判斷每個信號燈閃亮的時序與標(biāo)準(zhǔn)時序是否匹配，并統(tǒng)計結(jié)果。這種人工檢測方案具有以下主要不足1)測試過程中，一個測試人員通常要完成多種動作，加之信號燈數(shù)量眾多、閃亮間隔稍縱即逝，無法完成實時處理數(shù)據(jù)，只能事后判讀；2)信號燈閃亮?xí)r間和間隔時間很短，測試人員需要慢放、甚至逐幀回放錄像文件，花費時間很長，判讀效率低下；3)對信號燈的狀態(tài)監(jiān)測完全依賴于測試人員的肉眼判斷，這既容易造成人員疲勞，也極易造成漏判、誤判現(xiàn)象；4)多個等效器分別用多臺攝像機監(jiān)控，并對應(yīng)于錄像機上的多個視頻通道，每個視頻通道的起始時鐘嚴(yán)重不統(tǒng)一(幾秒 幾十秒)，導(dǎo)致整個時序無法統(tǒng)一判讀，時序檢測精度低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有火工品控制系統(tǒng)通電時序檢測裝置及方法的不足之處，提供一種非接觸式火工品控制系統(tǒng)的時序檢測裝置及方法，具有在不改變現(xiàn)有測控系統(tǒng)軟硬件環(huán)境基礎(chǔ)上，完成火工品控制系統(tǒng)通電時序的實時檢測和自動判讀功能，并能客觀記錄測試過程和現(xiàn)象，為故障排查和歷史追溯提供可靠依據(jù)。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種非接觸式火工品控制時序檢測裝置，主要包括信號采集單元、中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、人機交互單元、自檢測試單元。
信號采集單元主要包括等效器、遮光罩、固定支架、攝像機、多路視頻分割器。等效器為若干個信號燈固接在一面板上構(gòu)成，在測試過程中等效器水平放置，等效器的信號燈在面板上呈行、列均勻排列，并通過螺釘固接，面板表面為淺色(如白色或淺灰色或淺黃色或淺藍(lán)色等)，信號燈為深色(如紅色或黃色或綠色或紫色等)，面板表面與信號燈的顏色 有鮮明的對比，以便進(jìn)行信號燈亮滅的檢測和識別。等效器上的信號燈分別對應(yīng)地與被測火工品控制系統(tǒng)中的一條點火引爆電路連通，并將多個鄰近位置的點火引爆電路的信號燈封裝到一個等效器中，信號燈的亮、滅就表征對應(yīng)的點火引爆電路的通、斷狀態(tài)。等效器和每個等效器中信號燈的個數(shù)，根據(jù)被測火工品控制系統(tǒng)的點火引爆電路數(shù)確定。遮光罩為側(cè)面(即等效器與攝像機之間的平面)開口的封閉遮光外殼，等效器分別放置在遮光罩的內(nèi)部，用以避免測試現(xiàn)場的光線及環(huán)境的影響。一個等效器對應(yīng)設(shè)置一臺攝像機，等效器分別通過螺栓和螺帽固接在固定支架的前端，攝像機分別通過螺栓和螺帽固接在固定支架的后端。每臺攝像機與其對應(yīng)的等效器之間的距離，通過固定支架上設(shè)置的滑動槽調(diào)節(jié)。攝像機的攝像頭對準(zhǔn)等效器面板上的信號燈，根據(jù)攝像機對每個等效器面板上全部信號燈的視角范圍達(dá)到最佳成像效果確定，以便每臺攝像機都能清晰地采集每個等效器的全部信號燈的燈光亮滅信號。多路視頻分割器的輸入端分別通過多路視頻信號線與攝像機連接，其輸出端通過一路視頻信號線與中央處理單元的圖像采集卡連接，用以將攝像機采集的多個等效器的視頻信號硬件復(fù)合成一路視頻信號傳送給中央處理單元的圖像采集卡。
中央處理單元為主控計算機(如PC機或筆記本電腦或工業(yè)控制機或?qū)I(yè)計算機)，由圖像采集卡和軟件處理模塊組成，其間通過PCI總線連接。圖像采集卡將多路視頻分割器傳送來的視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號。軟件處理模塊對圖像采集卡轉(zhuǎn)換后的每幀數(shù)字圖像信號進(jìn)行處理，即確定每幀數(shù)字圖像信號中的信號燈位置、實時檢測各信號燈的亮滅狀態(tài)、在線匹配各信號燈的狀態(tài)變化時序。
數(shù)據(jù)存儲單元為主控計算機內(nèi)部的存儲器或外設(shè)存儲器(如硬盤或磁帶或磁盤陣列等)，數(shù)據(jù)存儲格式包括數(shù)據(jù)庫、文本、視頻、報表等多種格式。數(shù)據(jù)存儲單元是對用戶信息、系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)時序、測試記錄和結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。
人機交互單元由鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器構(gòu)成。鍵盤和鼠標(biāo)是測試人員向主控計算機發(fā)出控制指令、輸入用戶信息、配置系統(tǒng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)時序等。顯示器是對主控計算機的時序檢測和判讀結(jié)果進(jìn)行輸出顯示。
自檢測試單元主要包括模擬等效器、單片機、攝像機，對中央處理單元的軟件處理模塊的時序檢測和判讀算法進(jìn)行功能自測，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)時序重新配置后，為本發(fā)明裝置提供功能自檢手段。模擬等效器是將被測火工品控制系統(tǒng)的全部等效器的信號燈按真實大小和實際位置排列在一個模擬等效器的面板中，放置在監(jiān)控室內(nèi)，通過裝置于模擬等效器內(nèi)部的單片機對信號燈的亮滅狀態(tài)變化的時間和先后順序按被測火工品控制系統(tǒng)的時序要求進(jìn)行設(shè)定，具有與全部等效器相同的系統(tǒng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)時序，模擬全部等效器的信號燈亮滅變化過程。攝像機裝設(shè)于模擬等效器面板的正面，其攝像頭對準(zhǔn)模擬等效器面板上的信號燈，采用三腳架等方式進(jìn)行固定，以便攝像機能清晰地采集模擬等效器的全部信號燈的燈光亮滅信號，攝像機通過視頻信號線與中央處理單元的圖像采集卡連接，從而將模擬等效器信號燈的視頻信號傳送給主控計算機進(jìn)行功能自檢。一種非接觸式火工品控制時序的檢測方法，利用本發(fā)明裝置，應(yīng)用圖像處理和模式識別技術(shù)，通過程序進(jìn)行自動檢測的具體方法步驟如下
(I)啟動裝置
先給本發(fā)明裝置通電，再通過鍵盤或鼠標(biāo)啟動本發(fā)明裝置，主控計算機的顯示屏上顯示友好的歡迎界面，表示啟動成功。
(2)用戶登錄
第(I)步完成后，通過鍵盤輸入用戶身份信息，并與數(shù)據(jù)存儲單元中存儲的管理員或操作員的身份信息進(jìn)行比對，只有當(dāng)用戶身份信息與管理員或操作員的身份信息完全相同時，才允許登錄，從而實現(xiàn)兩級用戶權(quán)限管理。管理員能對本發(fā)明裝置的系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)時序等信息進(jìn)行配置和修改；操作員只能對本發(fā)明裝置的系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)時序等信息進(jìn)行查詢。用以防止惡意或過失等原因造成本發(fā)明裝置的系統(tǒng)參數(shù)錯誤、標(biāo)準(zhǔn)時序混亂，確保檢測的準(zhǔn)確性。
⑶信息配置
第⑵步完成后，當(dāng)用戶以操作員身份登錄時，只能對本發(fā)明裝置的信息配置進(jìn)行查詢；當(dāng)用戶以管理員身份登錄時，則允許用戶根據(jù)被測火工品控制系統(tǒng)的需要，對本發(fā)明裝置的以下信息進(jìn)行配置
I)視頻通道信息配置
管理員對本發(fā)明裝置中對應(yīng)于每個視頻通道的每個等效器進(jìn)行逐一配置。通過鍵盤和鼠標(biāo)，對每一視頻通道所對應(yīng)的等效器名稱、位置、信號燈個數(shù)等信息進(jìn)行查詢、修改和設(shè)置，以確保視頻通道信息正確無誤。新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行保存，并通過顯示器進(jìn)行顯示和交互。
2)信號燈信息配置
管理員對本發(fā)明裝置的每個等效器中的信號燈進(jìn)行逐一配置。通過鍵盤和鼠標(biāo)，對每個等效器中的信號燈設(shè)置物理意義明確的代號。并提供自動和手動兩種信號燈位置定位方式，即先采用自動定位方式對大部分信號燈位置進(jìn)行大致定位，后采用手動定位方式對少數(shù)信號燈位置進(jìn)行微調(diào)。信號燈自動定位是通過圖像分割和模式識別等技術(shù)手段，利用等效器水平放置、信號燈在等效器面板上呈行和列均勻排列、且面板表面為淺色(如白色或淺灰色或淺黃色或淺藍(lán)色等)、信號燈為深色(如紅色或黃色或綠色或紫色等)等特點，采用基于顏色空間投影的方法，通過程序自動對大部分信號燈位置進(jìn)行大致定位。信號燈手動定位是采用人機交互方式，通過鼠標(biāo)選定信號燈的準(zhǔn)確位置，從而對少數(shù)自動定位不準(zhǔn)確的信號燈進(jìn)行微調(diào)。新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行保存，并通過顯示器進(jìn)行顯示和交互。其中，基于顏色空間投影的信號燈自動定位算法如下
①分別沿圖像的水平、垂直方向，統(tǒng)計RGB顏色分量；
②根據(jù)RGB顏色分量沿水平方向投影的波峰波谷位置，確定信號燈在等效器中的列坐標(biāo)位置；
③根據(jù)RGB顏色分量沿垂直方向投影的波峰波谷位置，確定信號燈在等效器中的行坐標(biāo)位置；
④以上述行列坐標(biāo)為信號燈中心，分別以水平、垂直方向投影的波峰寬度均值為信號燈寬、高，對每個信號燈在等效器中的位置進(jìn)行自動定位。
3)標(biāo)準(zhǔn)時序信息配置
管理員根據(jù)測試要求，對被測火工品控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時序信息(設(shè)計值)進(jìn)行配置。通過鍵盤和鼠標(biāo)，對每一條標(biāo)準(zhǔn)時序中的時序序號、信號燈燈號、參考燈(提供最近基準(zhǔn)時鐘)燈號、信號燈相對于參考燈的偏移時間、信號燈閃亮保持時間等信息進(jìn)行查詢、修改和配置。其中，時序序號是被測火工品控制系統(tǒng)通電狀態(tài)的序列標(biāo)識號；信號燈燈號為當(dāng)前時刻被激發(fā)的點火引爆電路；參考燈燈號為當(dāng)前點火引爆電路最近基準(zhǔn)時鐘的點火引爆電路；偏移時間為從最近基準(zhǔn)點火引爆電路激發(fā)到當(dāng)前點火引爆電路激發(fā)所經(jīng)歷的時間；閃亮保持時間為當(dāng)前點火引爆電路從激發(fā)到引爆所經(jīng)歷的時間。這樣，配置不同的標(biāo)準(zhǔn)時序信息，就代表了不同的被測火工品控制系統(tǒng)及其通電時序，從而為不同的被測火工品控制系統(tǒng)的測試任務(wù)提供通用的解決方案。新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元進(jìn)行保存，并通過顯示器進(jìn)行顯示和交互。
(4)時序檢測
I)信號燈狀態(tài)檢測
第(3)步完成后，將多個攝像機分別采集到的等效器信號燈圖像的視頻信號，傳送給多路視頻分割器，并經(jīng)由多路視頻分割器復(fù)合為一路視頻信號后，傳送給中央處理單元。在中央處理單元中，先通過圖像采集卡，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，然后，通過軟件處理模塊，運用動態(tài)圖像處理技術(shù)，對本發(fā)明裝置中的每一信號燈的亮滅狀態(tài)進(jìn)行實時檢測和識別。對信號燈亮滅狀態(tài)的檢測，是利用多幀圖像間的時空關(guān)聯(lián)性，采用基于幀間差和灰度直方圖結(jié)合的方法，通過程序進(jìn)行精確計算來檢測和識別。具體算法如下
①以上一幀信號燈不亮狀態(tài)下的圖像為背景幀LampOTig ；
②計算信號燈當(dāng)前巾貞Lampcur與背景巾貞Lamporig的巾貞間差=Lampdiff =Lampcur-Lamporig ；
③根據(jù)信號燈幀間差圖像Lampdiff，初步判斷當(dāng)前幀中信號燈狀態(tài)status
sum = widthXheight ；
Sumlight = 0 ；
IF Lampdiff (x，y) > Tdiff，x ^END
其中width為信號燈寬,height為信號燈高,sum為信號燈圖像像素總數(shù),Sumlight為信號燈幀間差圖像中亮點個數(shù)，Lampdiff(x, y)為信號燈幀間差圖像中點(x，y)處的灰度值，dark表示信號燈狀態(tài)為“滅”，Tdiff為差分圖像灰度閾值，Rdiff為差分圖像比例閾值?；趲g差的狀態(tài)檢測算法原理為統(tǒng)計信號燈幀間差圖像中灰度大于閾值Tdiff的亮點個數(shù)，當(dāng)小于比例Rdiff時，該信號燈狀態(tài)為“滅”。
④根據(jù)信號燈幀間差圖像Lampdiff動態(tài)調(diào)整灰度閾值T
ratio = sumlight/sum ；
IF ratio < 0. 5
T = 220 ；ELSE ratio < 0. 7
T = 200 ；
ELSE
T = 180 ；
END
其中sum為信號燈圖像像素總數(shù)，Sumlight為信號燈幀間差圖像中亮點個數(shù)，ratio為信號燈幀間差圖像中的亮點比例?；趲g差的動態(tài)閾值算法原理為差分圖像亮點比例越小，表示背景越亮或者當(dāng)前幀越暗，此時灰度閾值取較大的值；反之，差分圖像亮點比例越大，表示背景越暗或者當(dāng)前幀越亮，此時灰度閾值取較小的值。這樣，能有效克服環(huán)境光照部分改變對信號燈狀態(tài)檢測的影響。
⑤根據(jù)當(dāng)前幀灰度直方圖Lamphist和動態(tài)灰度閾值T，進(jìn)一步判斷當(dāng)前幀中信號燈狀態(tài) status
sum = widthXheight ；
sumlight = 0 ；
FOR gary = T ；gray < 256 ；gray++
Sumlight = sumlight+Lamphist [gray]；
END
ratio = sumlight/sum ；
IF ratio > R
status = light ；
END
其中width為信號燈寬,height為信號燈高,sum為信號燈圖像像素總數(shù),Sumlight為信號燈當(dāng)前幀圖像中亮點個數(shù)，gray e為直方圖灰度等級，Lamphist [gray]為信號燈當(dāng)前幀圖像中灰度值為gray的像素個數(shù)，light表示信號燈狀態(tài)為“亮” ;R為當(dāng)前幀圖像中亮點數(shù)比例閾值?；诨叶戎狈綀D的狀態(tài)檢測算法原理為統(tǒng)計信號燈當(dāng)前幀圖像中灰度大于閾值T的亮點個數(shù)，當(dāng)大于比例R時，該信號燈狀態(tài)為“亮”。由于灰度直方圖反映的是信號燈當(dāng)前幀灰度圖像的統(tǒng)計信息，因此能有效消除相鄰信號燈閃亮?xí)r對信號燈狀態(tài)檢測的影響。
2)時序自動判讀[0066]第⑷-I)步完成后，將第(4) -I)步檢測出的信號燈亮滅狀態(tài)變化的時間序列，與數(shù)據(jù)存儲單元中保存的標(biāo)準(zhǔn)時序信息進(jìn)行自動匹配，采用基于最近基準(zhǔn)時鐘的時序匹配方法，即每個時序均以設(shè)計值中指定的前一個最近基準(zhǔn)時鐘為起點進(jìn)行匹配，從而有效消除了時序間的累積誤差，提高了系統(tǒng)判讀結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)檢測時序與標(biāo)準(zhǔn)時序的狀態(tài)變化時間及其先后順序都一致時，被測火工品控制系統(tǒng)的時序狀態(tài)正確，測試合格；否則，被測火工品控制系統(tǒng)的時序狀態(tài)錯誤，測試不合格，并發(fā)出報警。檢測過程、結(jié)果、及報警信息均通過顯示器進(jìn)行顯示。
(5)保存檢測結(jié)果
第(4)步完成后，對第(4)步時序檢測和判讀的結(jié)果按規(guī)定格式生成、保存報表文件，并對整個測試過程和現(xiàn)象以視頻錄像文件格式進(jìn)行保存，所有檢測過程和結(jié)果均在數(shù)據(jù)存儲單元中進(jìn)行保存，能對歷史測試任務(wù)和測試記錄進(jìn)行查詢、回溯和復(fù)現(xiàn)。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果I、采用非接觸式信息測量技術(shù)，實現(xiàn)了一種通用的火工品控制系統(tǒng)通電時序檢測手段和檢測工具本發(fā)明能在不改變現(xiàn)有測控設(shè)備軟硬件環(huán)境的基礎(chǔ)上，無縫地接入運行；本發(fā)明能滿足長時間運行、反復(fù)測量的要求，對外產(chǎn)生的電磁干擾小，不影響其它設(shè)備的正常運行；本發(fā)明使用維護(hù)簡單，具備自檢功能；本發(fā)明可對系統(tǒng)參數(shù)和控制時序進(jìn)行任意配置，具有對多種類形等效器、多種時序狀態(tài)的測試能力，能適應(yīng)測試對象和測試任務(wù)的通用性要求。
2、將圖像處理與模式識別技術(shù)用于火工品控制系統(tǒng)測試中，完成了實時的通電時序狀態(tài)檢測和在線自動判讀本發(fā)明能正確分辨信號燈的亮滅狀態(tài)的微小時間差別，檢測精度達(dá)十毫秒級；本發(fā)明能自動判定信號燈的亮滅順序，對錯誤時序具有報警功能；本發(fā)明能將測試人員從復(fù)雜的現(xiàn)象觀察和記錄中解脫出來，避免測試人員因主觀因素造成的人為判斷失誤，解決了傳統(tǒng)人工測試方法測試效率低下、易出錯等問題，極大地提高了測試效率和可靠性。
3、采用基于視頻分割器的硬件復(fù)合、以及基于最近基準(zhǔn)時鐘的時序匹配方法，實現(xiàn)了不同視頻通道間時序關(guān)系的統(tǒng)一判讀，解決了不同視頻通道間起始基準(zhǔn)時間不一致、時序關(guān)系無法統(tǒng)一比較的致命缺陷，極大地提高了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
4、能客觀記錄測試過程中的全部現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，解決了歷史現(xiàn)象無法復(fù)現(xiàn)、歷史故障無法追溯的問題，為故障排查提供可靠依據(jù)，極大地提高了測試結(jié)果的可信度。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于航天、航空、工程、建筑、制造、醫(yī)療等對火工品引爆有精確控制需求的行業(yè)中，是保證火工品應(yīng)用可靠和安全的理想裝置和方法。
四、


圖I為本發(fā)明裝置信號采集單元的結(jié)構(gòu)原理框圖；
圖2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖；
圖3為本發(fā)明方法的程序流程框圖；
圖4為本實施例I的等效器面板上信號燈的排列示意圖。
圖中1 /[目號米集單兀，1-1等效器，1-1-1面板，1-1-2彳目號燈，1~2遮光罩，1-3固定支架，1-4攝像機，1-5視頻信號線，1-6多路視頻分割器；2中央處理單元，2-1圖像采集卡，2-2軟件處理模塊；3數(shù)據(jù)存儲單元；4人機交互單元，4-1鍵盤、4-2鼠標(biāo)、4_3顯示器；5自檢測試單元，5-1模擬等效器，5-2攝像機。
五具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式
，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實施例
用于定向拆除爆破的非接觸式火工品控制時序的檢測裝置，安裝在建筑物的拆除現(xiàn)場，用于檢測定向拆除建筑物的拆爆系統(tǒng)的通電控制時序是否正確。因?qū)ζ浠鸸て返目刂埔蠓浅＞_，要求各個爆點的爆炸順序必須與設(shè)計時序精確對應(yīng)，因此采用電流激發(fā)方式控制其起爆。由于點火引爆的工作具有一次性的特點，不可能用火工品真品對整個拆爆系統(tǒng)進(jìn)行測試，因此在拆爆系統(tǒng)現(xiàn)場安裝完成之后，利用等效器代 替真品接入拆爆系統(tǒng)，每個等效器上的一個信號燈對應(yīng)接入到拆爆系統(tǒng)中的一個爆點，多個鄰近位置的爆點則對應(yīng)接入到一個等效器中，這樣，可以將拆爆系統(tǒng)對電火工品的起爆控制時序映射為等效器上相應(yīng)的信號燈亮滅時序，采用非接觸式的視頻錄像記錄全部信號燈的亮滅過程，運用動態(tài)圖像處理的方法自動完成信號燈的亮滅狀態(tài)檢測和時序關(guān)系的邏輯判斷，就實現(xiàn)對拆爆系統(tǒng)的點火引爆通路狀態(tài)及通路時序的系統(tǒng)現(xiàn)場測試。
現(xiàn)定向拆除某5層辦公樓,該辦公樓為磚混框架結(jié)構(gòu)，東西長66m、南北寬12. 5m,每層5行、20列立柱。采用毫秒微差電雷管實現(xiàn)微差爆破。依據(jù)爆破缺口由南往北，分5段，分別用1、3、5、7、9段毫秒微差電雷管，共延時310ms。按立柱行設(shè)置等效器，共5個等效器，每個等效器上安裝20個信號燈，分別對應(yīng)該行上的20列立柱。先將整個拆爆網(wǎng)絡(luò)安裝完畢，但不裝炸藥，將等效器接入電雷管位置，采用本裝置及方法對整個定向拆爆系統(tǒng)的通電控制時序進(jìn)行檢測。
如圖1、2、4所示，定向拆除某5層磚混框架結(jié)構(gòu)的一種非接觸式定向拆爆系統(tǒng)的通電控制時序檢測裝置，由信號采集單元I、中央處理單元2、數(shù)據(jù)存儲單元3、人機交互單元4構(gòu)成。
信號采集單元I主要包括等效器1-1、遮光罩1-2、固定支架1-3、攝像機1_4、多路視頻分割器1-6。等效器1-1為20個信號燈1-1-2固接在一面板1-1-1上構(gòu)成，在測試過程中等效器1-1水平放置，等效器1-1的信號燈1-1-2在面板1-1-1上呈行、列均勻排列，并通過螺釘固接，面板1-1-1表面為白色且信號燈1-1-2為紅色，面板1-1-1表面與信號燈1-1-2的顏色有鮮明的對比，以便進(jìn)行信號燈1-1-2亮滅的檢測和識別。等效器1-1上的一個信號燈1-1-2分別對應(yīng)地與一層樓的被測拆爆系統(tǒng)的一個爆點位置處的一條點火引爆電路連通，并將一層樓的20列立柱位置爆點的信號燈1-1-2封裝到一個等效器1-1中，每個信號燈1-1-2的亮、滅就表征了對應(yīng)爆點的通、斷狀態(tài)。遮光罩1-2為側(cè)面(即等效器1-1與攝像機1-4之間的平面)開口的封閉遮光外殼，5個等效器1-1分別放置在5個遮光罩1-2的內(nèi)部，用以避免測試現(xiàn)場的光線及環(huán)境的影響。一個等效器1-1對應(yīng)設(shè)置一臺攝像機1-4,等效器1-1固接在固定支架1-3 —端,攝像機1-4固接在固定支架1-3的另一端，并通過固定支架1-3上設(shè)置的滑動槽調(diào)節(jié)等效器1-1和攝像機1-4的間距。攝像機1-4對準(zhǔn)等效器1-1，用于采集等效器信號燈1-1-2的燈光亮滅圖像信號。將5個攝像機1-4采集的視頻信號，分別通過視頻信號線1-5輸入多路視頻分割器1-6，經(jīng)硬件復(fù)合成一路視頻信號輸出給中央處理單元2的圖像采集卡2-1。
中央處理單元2為主控計算機，采用便攜式筆記本電腦，由圖像采集卡2-1和軟件處理模塊2-2組成，其間通過PCI總線連接。圖像采集卡2-1將多路視頻分割器1-6傳送來的視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號；軟件處理模塊2-2對圖像采集卡2-1轉(zhuǎn)換后的每幀數(shù)字圖像信號進(jìn)行處理，即確定每幀數(shù)字圖像信號中的信號燈1-1-2位置、實時檢測各信號燈1-1-2的亮滅狀態(tài)、在線匹配各信號燈1-1-2的狀態(tài)變化時序。
數(shù)據(jù)存儲單元3采用主控計算機內(nèi)部的硬盤存儲器，用于對用戶信息、系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)時序、測試記錄和結(jié)果等數(shù)據(jù)進(jìn)行保 存，存儲格式包括數(shù)據(jù)庫、文本、視頻、報表等多種格式。
人機交互單兀4由鍵盤4-1、鼠標(biāo)4-2、顯不器4-3構(gòu)成。鍵盤4-1和鼠標(biāo)4-2是測試人員向主控計算機發(fā)出控制指令、輸入用戶信息、配置系統(tǒng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)時序等；顯示器4-3是對主控計算機的時序檢測和判讀結(jié)果進(jìn)行輸出顯示。
自檢測試單元5主要包括模擬等效器5-1、單片機、攝像機5-2，對中央處理單元2的軟件處理模塊2-2的時序檢測和判讀算法進(jìn)行功能自測，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)時序重新配置后，為本發(fā)明裝置提供功能自檢手段。模擬等效器5-1是將被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的5個等效器1-1的信號燈1-1-2按真實大小和實際位置排列在一個模擬等效器的面板中，放置在監(jiān)控室內(nèi)，通過裝置于模擬等效器5-1內(nèi)部的單片機對信號燈的亮滅狀態(tài)變化的時間和先后順序按被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的時序要求進(jìn)行設(shè)定，具有與5個等效器1-1相同的系統(tǒng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)時序，模擬5個等效器1-1的信號燈1-1-2亮滅變化過程。攝像機5-2裝設(shè)于模擬等效器面板的正面，其攝像頭對準(zhǔn)模擬等效器面板上的信號燈，采用三腳架等方式進(jìn)行固定，以便攝像機5-2能清晰地采集模擬等效器5-1的100個信號燈的燈光亮滅信號，攝像機5-2通過視頻信號線1-5與中央處理單元2的圖像采集卡2-1連接，從而將模擬等效器信號燈的視頻信號傳送給主控計算機進(jìn)行功能自檢。
如圖3所示，定向拆除某5層磚混框架結(jié)構(gòu)的一種非接觸式定向拆爆系統(tǒng)的通電控制時序檢測方法，利用本實施例裝置，應(yīng)用圖像處理和模式識別技術(shù)，通過程序進(jìn)行自動檢測的具體方法步驟如下
(I)啟動裝置
先給本實施例裝置通電，再通過鍵盤4-1或鼠標(biāo)4-2啟動本實施例裝置，主控計算機的顯示屏4-3上顯示友好的歡迎界面,表示啟動成功。
(2)用戶登錄
第(I)步完成后，通過鍵盤4-1輸入用戶身份信息，并與數(shù)據(jù)存儲單元3中存儲的管理員或操作員的身份信息進(jìn)行比對，只有當(dāng)用戶身份信息與管理員或操作員的身份信息完全相同時，才允許登錄，從而實現(xiàn)兩級用戶權(quán)限管理。管理員能對本實施例裝置的系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)時序等信息進(jìn)行配置和修改；操作員只能對本實施例裝置的系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)時序等信息進(jìn)行查詢。用以防止惡意或過失等原因造成本實施例裝置的系統(tǒng)參數(shù)錯誤、標(biāo)準(zhǔn)時序混亂，確保檢測的準(zhǔn)確性。
(3)信息配置
第(2)步完成后，當(dāng)用戶以操作員身份登錄時，只能對本實施例裝置的信息配置進(jìn)行查詢；當(dāng)用戶以管理員身份登錄時，則允許用戶根據(jù)被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的需要，對本實施例裝置的以下信息進(jìn)行配置
I)視頻通道信息配置
管理員對本實施例裝置中對應(yīng)于每個視頻通道的每個等效器1-1進(jìn)行逐一配置。通過鍵盤4-1和鼠標(biāo)4-2，對每一視頻通道所對應(yīng)的等效器名稱、位置、信號燈1-1-2個數(shù)等信息進(jìn)行查詢、修改和設(shè)置，以確保視頻通道信息正確無誤。新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元3進(jìn)行保存，并通過顯示器4-3進(jìn)行顯示和交互。
2)信號燈信息配置
管理員對本實施例裝置的每個等效器1-1中的信號燈1-1-2進(jìn)行逐一配置。通過鍵盤4-1和鼠標(biāo)4-2，對每個等效器1-1中的信號燈1-1-2設(shè)置物理意義明確的代號。并提供自動和手動兩種信號燈1-1-2位置定位方式，即先采用自動定位方式對大部分信號燈1-1-2位置進(jìn)行大致定位，后采用手動定位方式對少數(shù)信號燈1-1-2位置進(jìn)行微調(diào)。信號 燈1-1-2自動定位是通過圖像分割和模式識別等技術(shù)手段，利用等效器1-1水平放置、信號燈1-1-2在等效器面板1-1-1上呈行和列均勻排列、且等效器面板1-1-1為白色、信號燈1-1-2為紅色等特點，采用基于顏色空間投影的方法，通過程序自動對大部分信號燈1-1-2位置進(jìn)行大致定位。信號燈1-1-2手動定位是采用人機交互方式，通過鼠標(biāo)4-2選定信號燈1-1-2的準(zhǔn)確位置，從而對少數(shù)自動定位不準(zhǔn)確的信號燈1-1-2進(jìn)行微調(diào)。新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元3進(jìn)行保存，并通過顯示器4-3進(jìn)行顯示和交互。其中，基于顏色空間投影的信號燈1-1-2自動定位算法如下
①分別沿圖像的水平、垂直方向，統(tǒng)計RGB顏色分量；
②根據(jù)RGB顏色分量沿水平方向投影的波峰波谷位置，確定信號燈1-1-2在等效器1-1中的列坐標(biāo)位置Xi, i = 1，2，...，10 ;
③根據(jù)RGB顏色分量沿垂直方向投影的波峰波谷位置，確定信號燈1-1-2在等效器1-1中的行坐標(biāo)位置y」，j = 1,2 ；
④以坐標(biāo)(Xi，Yj) ;i = 1，2，. . .，10 ；j = 1，2為信號燈1-1-2中心，分別以水平、垂直方向投影的波峰寬度均值為信號燈1-1-2寬、高，對每個信號燈1-1-2在等效器1-1中的位置進(jìn)行自動定位。
3)標(biāo)準(zhǔn)時序信息配置
管理員根據(jù)測試要求，對被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時序信息(設(shè)計值)進(jìn)行配置。通過鍵盤4-1和鼠標(biāo)4-2，對每一條標(biāo)準(zhǔn)時序中的時序序號、信號燈1-1-2燈號、參考燈(提供最近基準(zhǔn)時鐘)燈號、信號燈相對于參考燈的偏移時間、信號燈閃亮保持時間等信息進(jìn)行查詢、修改和配置。其中，時序序號是被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)通電狀態(tài)的序列標(biāo)識號；信號燈1-1-2燈號為當(dāng)前時刻被激發(fā)的點火引爆電路；參考燈燈號為當(dāng)前點火引爆電路最近基準(zhǔn)時鐘的點火引爆電路；偏移時間為從最近基準(zhǔn)點火引爆電路激發(fā)到當(dāng)前點火引爆電路激發(fā)所經(jīng)歷的時間；閃亮保持時間為當(dāng)前點火引爆電路從激發(fā)到引爆所經(jīng)歷的時間。這樣，配置不同的標(biāo)準(zhǔn)時序信息，就代表了不同的被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)及其通電時序，從而為不同的被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的測試任務(wù)提供通用的解決方案。新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元3進(jìn)行保存，并通過顯示器4-3進(jìn)行顯示和交互。
(4)時序檢測
I)信號燈狀態(tài)檢測[0109]第(3)步完成后，將5個攝像機1-4分別采集到的等效器1-1中的信號燈1_1_2圖像的視頻信號，傳送給多路視頻分割器1-6，并經(jīng)由多路視頻分割器1-6復(fù)合為一路視頻信號后，傳送給中央處理單元2。在中央處理單元2中，先通過圖像采集卡2-1，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，然后，通過軟件處理模塊2-2，運用動態(tài)圖像處理技術(shù)，對本實施例裝置中的每一信號燈1-1-2的亮滅狀態(tài)進(jìn)行實時檢測和識別。對信號燈1-1-2亮滅狀態(tài)的檢測，是利用多幀圖像間的時空關(guān)聯(lián)性，采用基于幀間差和灰度直方圖結(jié)合的方法，通過程序進(jìn)行精確計算來檢測和識別。具體算法如下
①以上一幀信號燈1-1-2不亮狀態(tài)下的圖像為背景幀LampOTig ；
②計算信號燈1-1-2當(dāng)前巾貞Lampcur與背景巾貞Lamporig的巾貞間差=Lampdiff =Lampcur-Lamporig ；
③根據(jù)彳目號燈1_1_2巾貞間差圖像Lampdiff,初步判斷當(dāng)如巾貞中彳目號燈1_1_2狀態(tài)status
sum = widthXheight ；
Sumlight = 0 ；
IF Lampdiff (x, y) > Tdiff, x eT = 180 ；
END
其中sum為彳目號燈1-1-2圖像像素總數(shù),Sumlight為彳目號燈1-1-2巾貞間差圖像中売點個數(shù)，ratio為信號燈1-1-2幀間差圖像中的亮點比例?；趲g差的動態(tài)閾值算法原理為差分圖像亮點比例越小，表示背景越亮或者當(dāng)前幀越暗，此時灰度閾值取較大的值；反之，差分圖像亮點比例越大，表示背景越暗或者當(dāng)前幀越亮，此時灰度閾值取較小的值。這樣，能有效克服環(huán)境光照部分改變對信號燈1-1-2狀態(tài)檢測的影響。
⑤根據(jù)當(dāng)前幀灰度直方圖Lamphist和動態(tài)灰度閾值T，進(jìn)一步判斷當(dāng)前幀中信號燈1_1_2 狀態(tài) status
sum = widthXheight ；
Sumlight = 0 ；
FOR gary = T ；gray < 256 ；gray++
Sumlight = sumlight+Lamphist [gray]；END
ratio = sumlight/sum ；
IF ratio > R
status = light ；
END
其中width為信號燈1-1-2寬，height為信號燈1_1_2高，sum為信號燈1_1_2圖像像素總數(shù)，Sumlight為信號燈1-1-2當(dāng)前幀圖像中亮點個數(shù)，gray e為直方圖灰度等級，Lamphist[gray]為信號燈1_1_2當(dāng)前巾貞圖像中灰度值為gray的像素個數(shù)，light表示信號燈1-1-2狀態(tài)為“亮” ;R為當(dāng)前幀圖像中亮點數(shù)比例閾值，取O. 6就能滿足要求?；诨叶戎狈綀D的狀態(tài)檢測算法原理為統(tǒng)計信號燈1-1-2當(dāng)前幀圖像中灰度大于閾值T的亮點個數(shù)，當(dāng)大于比例R時，該信號燈1-1-2狀態(tài)為“亮”。由于灰度直方圖反映的是信號燈1-1-2當(dāng)前幀灰度圖像的統(tǒng)計信息，因此能有效消除相鄰信號燈1-1-2閃亮?xí)r對信號燈1-1-2狀態(tài)檢測的影響。
2)時序自動判讀
第(4)-1)步完成后，通過軟件處理模塊2-2，將第(4)-1)步檢測出的信號燈1-1-2亮滅狀態(tài)變化的時間序列，與數(shù)據(jù)存儲單元3中保存的標(biāo)準(zhǔn)時序信息進(jìn)行自動匹配，采用基于最近基準(zhǔn)時鐘的時序匹配方法，即每個時序均以設(shè)計值中指定的前一個最近基準(zhǔn)時鐘為起點進(jìn)行匹配，從而有效消除了時序間的累積誤差，提高了系統(tǒng)判讀結(jié)果的準(zhǔn)確性。當(dāng)檢測時序與標(biāo)準(zhǔn)時序的狀態(tài)變化時間及其先后順序都一致時，被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的時序狀態(tài)正確，測試合格；否則，被測定向拆爆系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的時序狀態(tài)錯誤，測試不合格，并發(fā)出報警。檢測過程、結(jié)果、及報警信息均通過顯示器4-3進(jìn)行顯示。
(5)保存檢測結(jié)果
第(4)步完成后，對第(4)步時序檢測和判讀的結(jié)果按規(guī)定格式生成、保存報表文件，并對整個測試過程和現(xiàn)象以視頻錄像文件格式進(jìn)行保存，所有檢測過程和結(jié)果均在數(shù)據(jù)存儲單元3中進(jìn)行保存，能對歷史測試任務(wù)和測試記錄進(jìn)行查詢、回溯和復(fù)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種非接觸式火工品控制時序檢測裝置，其特征在于主要包括信號采集單元(I)、中央處理單元(2)、數(shù)據(jù)存儲單元(3)、人機交互單元(4)、自檢測試單元(5)，信號采集單元(I)主要包括等效器(1-1)、遮光罩(1-2)、固定支架(1-3)、攝像機(1-4)、多路視頻分割器(1-6)，等效器(1-1)由若干個信號燈(1-1-2)固接在一面板(1-1-1)上構(gòu)成，在測試過程中等效器(1-1)水平放置，等效器(1-1)的信號燈(1-1-2)在面板(1-1-1)上呈行、列均勻排列，并通過螺釘固接，面板(1-1-1)表面為白色或淺灰色或淺黃色或淺藍(lán)色，信號燈(1-1-2)為紅色或黃色或綠色或紫色，面板(1-1-1)表面與信號燈(1-1-2)的顏色有鮮明的對比，等效器(1-1)上的信號燈(1-1-2)分別對應(yīng)地與被測火工品控制系統(tǒng)中的一條點火引爆電路連通，并將多個鄰近位置的點火引爆電路的信號燈(1-1-2)封裝到一個等效器(1-1)中，等效器(1-1)和每個等效器(1-1)中信號燈(1-1-2)的個數(shù)，根據(jù)被測火工品控制系統(tǒng)的點火引爆電路數(shù)確定，遮光罩(1-2)為側(cè)面即等效器與攝像機之間的平面開口的封閉遮光外殼，每個等效器(1-1)分別放置在遮光罩(1-2)的內(nèi)部，一個等效器(1-1)對應(yīng)設(shè)置一臺攝像機(1-4)，等效器(1-1)固接在固定支架(1-3) —端，攝像機(1-4)固接在固定支架(1-3)的另一端，并通過固定支架(1-3)上設(shè)置的滑動槽調(diào)節(jié)等效器(1-1)和攝像機(1-4)的間距，攝像機(1-4)對準(zhǔn)等效器(1-1)并采集等效器(1-1)中信號燈(1-1-2)的燈光亮滅圖像信號，多個攝像機(1-4)采集的視頻信號，分別通過視頻信號線(1-5)輸入多路視頻分割器(1-6)，經(jīng)硬件復(fù)合成為一路視頻信號輸出給中央處理單元(2)的圖像采集卡(2-1)，中央處理單元(2)為主控計算機，由圖像采集卡(2-1)和軟件處理模塊(2-2)組成，其間通過PCI總線連接，數(shù)據(jù)存儲單元(3)為主控計算機內(nèi)部的存儲器或者為外設(shè)硬盤或磁帶或磁盤陣列存儲器，數(shù)據(jù)存儲格式包括數(shù)據(jù)庫、文本、視頻、報表多種格式，人機交互單元⑷由鍵盤(4-1)和鼠標(biāo)(4-2)及顯示器(4-3)構(gòu)成，自檢測試單元(5)主要包括模擬等效器(5-1)、單片機、攝像機(5-2)，模擬等效器(5-1)是將被測火工品控制系統(tǒng)的全部等效器(1-1)的信號燈(1-1-2)按真實大小和實際位置排列在一個模擬等效器的面板中，放置在監(jiān)控室內(nèi)，通過裝置于模擬等效器(5-1)內(nèi)部的單片機對信號燈的亮滅狀態(tài)變化的時間和先后順序按被測火工品控制系統(tǒng)的時序要求進(jìn)行設(shè)定，具有與全部等效器(ι-i)相同的系統(tǒng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)時序，模擬全部等效器(1-1)的信號燈(1-1-2)亮滅變化過程，攝像機(5-2)裝設(shè)于模擬等效器面板的正面，其攝像頭對準(zhǔn)模擬等效器面板上的全部信號燈，采用三腳架方式進(jìn)行固定，攝像機(5-2)通過視頻信號線(1-5)與中央處理單元(2)的圖像采集卡(2-1)連接。
2.一種非接觸式火工品控制時序檢測方法，利用權(quán)利要求
I所述的非接觸式火工品控制時序檢測裝置，應(yīng)用圖像處理和模式識別技術(shù)，通過程序進(jìn)行自動檢測，其特征在于具體方法步驟如下 (1)啟動裝置 先給所述裝置通電，再通過鍵盤(4-1)或鼠標(biāo)(4-2)啟動所述裝置，主控計算機的顯示屏(4-3)上顯示友好的歡迎界面,表示啟動成功； (2)用戶登錄 第(I)步完成后，通過鍵盤(4-1)輸入用戶身份信息，并與數(shù)據(jù)存儲單元(3)中存儲的管理員或操作員的身份信息進(jìn)行比對，只有當(dāng)用戶身份信息與管理員或操作員的身份信息完全相同時，才允許登錄，從而實現(xiàn)兩級用戶權(quán)限管理管理員能對所述裝置的系統(tǒng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)時序信息進(jìn)行配置和修改，操作員只能對所述裝置的系統(tǒng)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)時序信息進(jìn)行查詢，用以防止惡意或過失原因造成所述裝置的系統(tǒng)參數(shù)錯誤、標(biāo)準(zhǔn)時序混亂，確保檢測的準(zhǔn)確性； (3)信息配置 第(2)步完成后，當(dāng)用戶以操作員身份登錄時，只能對所述裝置的信息配置進(jìn)行查詢，當(dāng)用戶以管理員身份登錄時，則允許用戶根據(jù)被測火工品控制系統(tǒng)的需要，對所述裝置的以下信息進(jìn)行配置 1)視頻通道信息配置 管理員對所述裝置中對應(yīng)于每個視頻通道的每個等效器(ι-i)進(jìn)行逐一配置，通過鍵盤(4-1)和鼠標(biāo)(4-2)，對每一視頻通道所對應(yīng)的等效器(1-1)名稱、位置、信號燈(1-1-2)個數(shù)信息進(jìn)行查詢、修改和設(shè)置，以確保視頻通道信息正確無誤，新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元(3)進(jìn)行保存，并通過顯示器(4-3)進(jìn)行顯示和交互； 2)信號燈信息配置 管理員對所述裝置的每個等效器(1-1)中的信號燈(1-1-2)進(jìn)行逐一配置，通過鍵盤(4-1)和鼠標(biāo)(4-2)，對每個等效器(1-1)中的信號燈(1-1-2)設(shè)置物理意義明確的代號，并提供自動和手動兩種信號燈(1-1-2)位置定位方式，即先采用自動定位方式對大部分信號燈(1-1-2)位置進(jìn)行大致定位，后采用手動定位方式對少數(shù)信號燈(1-1-2)位置進(jìn)行微調(diào)，信號燈(1-1-2)自動定位是通過圖像分割和模式識別的技術(shù)手段，利用等效器(1-1)水平放置、信號燈(1-1-2)在面板(1-1-1)上呈行和列均勻排列、且面板(1-1-1)表面為白色或淺灰色或淺黃色或淺藍(lán)色、信號燈(1-1-2)為紅色或黃色或綠色或紫色的特點，采用基于顏色空間投影的方法，通過程序自動對大部分信號燈(1-1-2)位置進(jìn)行大致定位，信號燈(1-1-2)手動定位是采用人機交互方式，通過鼠標(biāo)(4-2)選定信號燈(1-1-2)的準(zhǔn)確位置，從而對少數(shù)自動定位不準(zhǔn)確的信號燈(1-1-2)進(jìn)行微調(diào)，新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元(3)進(jìn)行保存，并通過顯示器(4-3)進(jìn)行顯示和交互，其中，基于顏色空間投影的信號燈(1-1-2)自動定位算法如下 ①分別沿圖像的水平、垂直方向，統(tǒng)計RGB顏色分量； ②根據(jù)RGB顏色分量沿水平方向投影的波峰波谷位置，確定信號燈(1-1-2)在等效器(1-1)中的列坐標(biāo)位置； ③根據(jù)RGB顏色分量沿垂直方向投影的波峰波谷位置，確定信號燈(1-1-2)在等效器(1-1)中的行坐標(biāo)位置； ④以上述行列坐標(biāo)為信號燈(1-1-2)中心，分別以水平、垂直方向投影的波峰寬度均值為信號燈(1-1-2)寬、高，對每個信號燈(1-1-2)在等效器(1-1)中的位置進(jìn)行自動定位； 3)標(biāo)準(zhǔn)時序信息配置 管理員根據(jù)測試要求，對被測火工品控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時序信息即設(shè)計值 進(jìn)行配置，通過鍵盤(4-1)和鼠標(biāo)(4-2)，對每一條標(biāo)準(zhǔn)時序中的時序序號、信號燈(1-1-2)燈號、參考燈即提供最近基準(zhǔn)時鐘的信號燈(1-1-2)燈號、信號燈(1-1-2)相對于參考燈的偏移時間、信號燈(1-1-2)閃亮保持時間的信息進(jìn)行查詢、修改和配置，其中，時序序號是被測火工品控制系統(tǒng)通電狀態(tài)的序列標(biāo)識號，信號燈(1-1-2)燈號為當(dāng)前時刻被激發(fā)的點火引爆電路，參考燈燈號為當(dāng)前點火引爆電路最近基準(zhǔn)時鐘的點火引爆電路，偏移時間為從最近基準(zhǔn)點火引爆電路激發(fā)到當(dāng)前點火引爆電路激發(fā)所經(jīng)歷的時間，閃亮保持時間為當(dāng)前點火引爆電路從激發(fā)到引爆所經(jīng)歷的時間，這樣，配置不同的標(biāo)準(zhǔn)時序信息，就代表了不同的被測火工品控制系統(tǒng)及其通電時序，從而為不同的被測火工品控制系統(tǒng)的測試任務(wù)提供通用的解決方案，新配置的信息由數(shù)據(jù)存儲單元(3)進(jìn)行保存，并通過顯示器(4-3)進(jìn)行顯示和交互； (4)時序檢測 I)信號燈狀態(tài)檢測 第(3)步完成后，將多個攝像機(1-4)分別采集到的等效器(1-1)中的信號燈(1-1-2)圖像的視頻信號，傳送給多路視頻分割器(1-6)，并經(jīng)由多路視頻分割器(1-6)復(fù)合為一路視頻信號后，傳送給中央處理單元(2)，在中央處理單元(2)中，先通過圖像采集卡(2-1)，將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，然后，通過軟件處理模塊(2-2)，運用動態(tài)圖像處理技術(shù)，對火工品控制時序檢測系統(tǒng)的每一信號燈(1-1-2)的亮滅狀態(tài)進(jìn)行實時檢測和識另O，對信號燈(1-1-2)亮滅狀態(tài)的檢測，是利用多幀圖像間的時空關(guān)聯(lián)性，采用基于幀間差和灰度直方圖結(jié)合的方法，通過程序進(jìn)行精確計算來檢測和識別，具體算法如下 ①以上一幀信號燈(1-1-2)不亮狀態(tài)下的圖像為背景幀LampOTig; ②計算信號燈(1-1-2)當(dāng)前巾貞Lampcur與背景巾貞Lamporig的巾貞間差Lampdiff= Lampcur-Lamporig ； ③根據(jù)號燈(1_1_2)巾貞間差圖像Lampdiff,初步判斷當(dāng)如巾貞中信號燈(1_1_2)狀態(tài)status
sum = widthXheight ；
sumIight = O ;
IF Lampdiff (x，y) > Tdiff, x ^；
END
ratio = Sumlight/sum ；
IF ratio > R
status = light ；
END 其中width為信號燈(1-1-2)寬，height為信號燈(1-1-2)高，sum為信號燈(1_1_2)圖像像素總數(shù)，SumlightS信號燈(1-1-2)當(dāng)前幀圖像中亮點個數(shù)，gray ^為直方圖灰度等級，Lamphist[gray]為信號燈(1_1_2)當(dāng)前巾貞圖像中灰度值為gray的像素個數(shù)，light表示信號燈(1-1-2)狀態(tài)為“亮”，R為當(dāng)前幀圖像中亮點數(shù)比例閾值，基于灰度直方圖的狀態(tài)檢測算法原理為統(tǒng)計信號燈(1-1-2)當(dāng)前幀圖像中灰度大于閾值T的亮點個數(shù)，當(dāng)大于比例R時，該信號燈(1-1-2)狀態(tài)為“亮”，由于灰度直方圖反映的是信號燈(1-1-2)當(dāng)前幀灰度圖像的統(tǒng)計信息，因此能有效消除相鄰信號燈(1-1-2)閃亮?xí)r對信號燈(1-1-2)狀態(tài)檢測的影響； 2)時序自動判讀 第(4)-1)步完成后，通過軟件處理模塊(2-2)，將第(4)-1)步檢測出的信號燈(1-1-2)亮滅狀態(tài)變化的時間序列，與數(shù)據(jù)存儲單元(3)中保存的標(biāo)準(zhǔn)時序信息進(jìn)行自動匹配，采用基于最近基準(zhǔn)時鐘的時序匹配方法，即每個時序均以設(shè)計值中指定的前一個最近基準(zhǔn)時鐘為起點進(jìn)行匹配，從而有效消除了時序間的累積誤差，提高了系統(tǒng)判讀結(jié)果的準(zhǔn)確性，當(dāng)檢測時序與標(biāo)準(zhǔn)時序的狀態(tài)變化時間及其先后順序都一致時，被測火工品控制系統(tǒng)的時序狀態(tài)正確，測試合格，否則，被測火工品控制系統(tǒng)的時序狀態(tài)錯誤，測試不合格，并發(fā)出報警，檢測過程、結(jié)果、及報警信息均通過顯示器(4-3)進(jìn)行顯示； (5)保存檢測結(jié)果 第(4)步完成后，對第(4)步時序檢測和判讀的結(jié)果按規(guī)定格式生成、保存報表文件，·并對整個測試過程和現(xiàn)象以視頻錄像文件格式進(jìn)行保存，所有檢測過程和結(jié)果均在數(shù)據(jù)存儲單元 (3)中進(jìn)行保存，能對歷史測試任務(wù)和測試記錄進(jìn)行查詢、回溯和復(fù)現(xiàn)。
專利摘要
一種非接觸式火工品控制時序的檢測裝置及其方法，涉及火工品控制系統(tǒng)通電時序的自動檢測裝置及方法。本發(fā)明裝置主要包括信號采集單元、中央處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元、人機交互單元及自檢測試單元。本發(fā)明方法是利用本發(fā)明裝置，應(yīng)用圖像處理和模式識別技術(shù)，通過程序進(jìn)行自動檢測。本發(fā)明具有對多種類形等效器、多種時序狀態(tài)的測試能力，通用性好，測試的效率和可靠性高，測試結(jié)果的準(zhǔn)確性及可信度高等特點。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于航天、航空、工程、建筑、制造、醫(yī)療等對火工品引爆有精確控制需求的行業(yè)中，是保證火工品應(yīng)用可靠和安全的理想裝置和方法。
文檔編號F42C21/00GKCN101666597SQ200910190893
公開日2013年1月16日 申請日期2009年9月18日
發(fā)明者沈志熙, 張萬春, 黃席樾, 吳紅波, 趙剛, 蔣立, 黃瀚敏, 曹樹榮 申請人:重慶大學(xué), 中國航天科技集團(tuán)公司長征機械廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),