一種火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法，主要步驟包括：首先，將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為灰度圖像序列。第二，將圖像序列轉(zhuǎn)換為相同分辨率的煙霧透過(guò)率矩陣。第三，統(tǒng)計(jì)透過(guò)率在閾值范圍內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量及分布，第四，通過(guò)比例尺計(jì)算相應(yīng)的煙霧區(qū)域面積。該方法將流場(chǎng)的煙霧透過(guò)率特性與空間特性結(jié)合起來(lái)，獲得流場(chǎng)中具有特定煙霧透過(guò)率范圍的煙霧區(qū)域分布和面積等參數(shù)。該方法可有效促進(jìn)推進(jìn)劑羽流煙霧對(duì)制導(dǎo)性能影響的評(píng)估技術(shù)以及潔凈發(fā)射藥煙霧性能評(píng)估技術(shù)的發(fā)展，適用于發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)獍l(fā)生器以及身管武器在流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試試驗(yàn)中視頻數(shù)據(jù)的處理。
【專利說(shuō)明】
一種火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種煙霧面積測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法，適用于火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè) 試試驗(yàn)中流場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 低特征信號(hào)推進(jìn)劑以及潔凈發(fā)射藥是我國(guó)火藥發(fā)展的一個(gè)重要方向?；鹚幯b藥流 場(chǎng)煙霧對(duì)于武器系統(tǒng)的隱身和制導(dǎo)性能產(chǎn)生不利影響。一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)及身管武器工作時(shí) 火藥燃燒產(chǎn)生流場(chǎng)中的煙霧會(huì)暴露武器系統(tǒng)的位置及運(yùn)動(dòng)軌跡。另一方面，推進(jìn)劑裝藥羽 流流場(chǎng)煙霧對(duì)于穿過(guò)其中的制導(dǎo)信號(hào)有著衰減、散射、吸收等多種作用，導(dǎo)致武器的制導(dǎo)信 號(hào)強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)甚至失效。身管武器中發(fā)射藥燃燒產(chǎn)生流場(chǎng)中的煙霧會(huì)對(duì)武器操作手 或視頻制導(dǎo)系統(tǒng)的二次瞄準(zhǔn)造成干擾。煙霧對(duì)制導(dǎo)信號(hào)的干擾程度，不僅與煙霧的濃度有 關(guān)，還和煙霧的面積、厚度以及制導(dǎo)信號(hào)穿過(guò)煙霧的路徑有關(guān)。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)對(duì)火藥裝藥流場(chǎng)煙霧的測(cè)試方法多是測(cè)量推進(jìn)劑裝藥或身管武器試驗(yàn) 過(guò)程中流場(chǎng)的煙霧透過(guò)率，對(duì)于火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積尚無(wú)明確的測(cè)試方法。在其他領(lǐng)域 如火災(zāi)預(yù)防、發(fā)煙劑煙霧特性測(cè)試中，通常依據(jù)煙霧的形態(tài)特征以及灰度閾值對(duì)視頻或圖 像數(shù)據(jù)中的煙霧區(qū)域進(jìn)行提取，并計(jì)算煙霧區(qū)域面積。這種數(shù)據(jù)處理方法所確定的煙霧區(qū) 域內(nèi)，煙霧對(duì)于武器系統(tǒng)制導(dǎo)信號(hào)的干擾作用是不明確的，無(wú)法有效表征流場(chǎng)煙霧對(duì)制導(dǎo) 信號(hào)特定影響程度(即煙霧的光學(xué)透過(guò)率在一定范圍內(nèi)）的空間范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了表征火藥裝藥流場(chǎng)煙霧透過(guò)率與煙霧面積之間的關(guān)聯(lián)、確定流場(chǎng)中煙霧透過(guò) 率在一定范圍內(nèi)的煙霧區(qū)域面積，本發(fā)明提供了一種火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試數(shù)據(jù)的處 理方法。該數(shù)據(jù)處理方法適用于推進(jìn)劑裝藥以及發(fā)射藥裝藥的身管武器(如槍、炮等）的流 場(chǎng)煙霧面積測(cè)試試驗(yàn)的視頻數(shù)據(jù)處理。
[0005] 火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)布局，光學(xué)背景板與圖像傳感器分別位于 火藥裝藥流場(chǎng)兩側(cè)。光學(xué)背景板為灰白相間條紋，其邊緣與圖像中邊緣平行，且在試驗(yàn)過(guò)程 保持靜止。圖像傳感器可包含可見(jiàn)光波段圖像傳感器，紅外波段圖像傳感器、激光波段圖像 傳感器。試驗(yàn)前，利用米尺對(duì)圖像傳感器獲得背景板圖像的長(zhǎng)度比例尺進(jìn)行標(biāo)定，獲得測(cè)試 視頻的圖像比例尺K。圖像傳感器在火藥裝藥點(diǎn)火前觸發(fā)，記錄下火藥裝藥工作前后流場(chǎng)的 視頻數(shù)據(jù)。在測(cè)試所得的視頻數(shù)據(jù)中，火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試視頻數(shù)據(jù)的初始圖像幀 數(shù)不少于50幀。
[0006] 在本發(fā)明所提供的數(shù)據(jù)處理方法中，主要包括以下步驟：
[0007] (1)將火藥裝藥流場(chǎng)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為灰度圖像序列。
[0008] (2)將灰度圖像序列轉(zhuǎn)換為相同分辨率的煙霧透過(guò)率矩陣。首先，取灰度圖像序列 前50幀圖像灰度的均值合成基準(zhǔn)圖像S mxn;其次，將灰度圖像序列中的每一幀圖像Bmxn與基 準(zhǔn)圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度作比值，得到灰度比值矩陣i k(i，j)，然后，在灰度比值矩陣Tk(i， j)中，利用公式(1)消除雜散光對(duì)灰度比值的影響，獲得煙霧透過(guò)率矩陣Vk(Ij);公式
[0009]
[0010] 式中T'k(i，j)表示灰度圖像序列中第k幀圖像的透過(guò)率分布矩陣，其中k表示圖像 在圖像序列中的位置，i表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖像中水平方向的位置，j表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖像中垂直 方向的位置;G s (i，j)表示基準(zhǔn)圖像Smxn在點(diǎn)（i，j)處的灰度值；Tk(i，j)表示灰度圖像序列 中第k幀圖像的灰度比值矩陣，w表示圖像序列中單條背景條紋在水平方向上占據(jù)的像素 數(shù)。
[0011] (3)統(tǒng)計(jì)每幀圖像中煙霧透過(guò)率在閾值范圍內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量及分布。
[0012] ⑷利用公式(2)計(jì)算每幀圖像中的煙霧區(qū)域面積Sk，并繪$lj煙霧面積隨時(shí)間變化 的曲線。公式
[0013]
[0014] 式中Sk表示圖像序列中第k幀圖像的煙霧區(qū)域面積，單位為平方米;K是圖像序列 的長(zhǎng)度比例系數(shù)，單位為米/像素;N k是第K幀圖像中透過(guò)率在閾值范圍內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量，單 位為像素。
[0015] (5)用標(biāo)注閾值的煙霧面積-時(shí)間曲線作為最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。
[0016] 步驟(3)中當(dāng)煙霧透過(guò)率矩陣V k( i，j)噪聲較大時(shí)，在統(tǒng)計(jì)煙霧透過(guò)率在閾值范 圍內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量之前，可對(duì)每一幀圖像的煙霧透過(guò)率矩陣Vk(Ij)進(jìn)行線性濾波，設(shè)定 濾波的鄰域?yàn)閙Xn(m，n都為奇數(shù)），則濾波后的煙霧透過(guò)率矩陣i〃 k(i，j)可表示為
[0017]
[0018] 步驟(3)中的閾值是一個(gè)有界區(qū)間，可為(Ta，Tb)、[T：a，T： b]、[T：a，T：b)S(T：a，T：b]BS， 其中T b ; Ta，Tb可根據(jù)實(shí)際需要確定。
[0019] 步驟(3)中統(tǒng)計(jì)時(shí)，可增加像素點(diǎn)團(tuán)聚數(shù)量Nr作為附加限定條件，將透過(guò)率在閾值 范圍內(nèi)的團(tuán)聚數(shù)量〈Nr的像素點(diǎn)排除在統(tǒng)計(jì)范圍外。
[0020] 本發(fā)明與其他煙霧面積的數(shù)據(jù)處理方法相比，將煙霧的透過(guò)率特性與空間特性結(jié) 合起來(lái)進(jìn)行處理，可以獲得具有特定煙霧透過(guò)率范圍的煙霧區(qū)域煙霧面積參數(shù)。使火藥裝 藥羽流煙霧空間性能的表征更加具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)布局圖，1-光學(xué)背景板，2-可見(jiàn)光圖像 傳感器，3-紅外圖像傳感器，4-激光圖像傳感器，5-便攜式計(jì)算機(jī)，6-流場(chǎng)區(qū)域。
[0022]圖2火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試視頻數(shù)據(jù)的初始圖像
[0023]圖3某推進(jìn)劑裝藥的流場(chǎng)煙霧面積-時(shí)間曲線
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步解釋說(shuō)明。
[0025] 通過(guò)某推進(jìn)劑裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試試驗(yàn)獲得的視頻文件以及視頻圖像的長(zhǎng)度 比例尺K = 0.02米/像素，求透過(guò)率在[20 %，60 % ]范圍內(nèi)，像素團(tuán)聚數(shù)多4的煙霧區(qū)域面積。
[0026] 如圖1，進(jìn)行火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)布局，光學(xué)背景板1與圖像傳 感器分別位于火藥裝藥流場(chǎng)區(qū)域6兩側(cè)，圖像傳感器分別與便攜式計(jì)算機(jī)5連接。光學(xué)背景 板為灰白相間條紋，其邊緣與圖像中邊緣平行，且在試驗(yàn)過(guò)程保持靜止。圖像傳感器包含可 見(jiàn)光圖像傳感器2、紅外圖像傳感器3、激光圖像傳感器4。火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試視頻 數(shù)據(jù)的初始圖像(如圖2)幀數(shù)不少于50幀。
[0027] 測(cè)試數(shù)據(jù)處理的步驟如下：
[0028] (1)將煙霧場(chǎng)視頻轉(zhuǎn)換為灰度圖像序列;對(duì)圖像序列進(jìn)行裁剪，去除光學(xué)背景板之 外的圖像部分。
[0029] (2)將灰度圖像序列轉(zhuǎn)換為相同分辨率的煙霧透過(guò)率矩陣V k(i，j);首先，取灰度 圖像序列前50幀圖像灰度的均值合成基準(zhǔn)圖像S400X90;其次，將灰度圖像序列中的每一幀圖 像B 4qqx9q與基準(zhǔn)圖像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度作比值，得到灰度比值矩陣Tk(i，j)，然后，在灰度比 值矩陣i k(i，j)中，利用公式(1)消除雜散光對(duì)灰度比
[0030] 值的影響，獲得煙霧透過(guò)率矩陣V k( i，j)。在公式
[0031]
[0032] 式中:M = 400,表示圖像的水平分辨率：
[0033] w = 20,是單條背景條紋在水平方向上占據(jù)的像素?cái)?shù)。
[0034] (3)利用公式(4)對(duì)每一幀圖像的煙霧透過(guò)率矩陣Vk(Ij)進(jìn)行線性濾波，公式 (4)可表示為
[0035]
[0036] (4)統(tǒng)計(jì)每幀圖像中煙霧透過(guò)率在[20%，60%]范圍內(nèi)以及像素點(diǎn)團(tuán)聚數(shù)量彡4的 像素點(diǎn)數(shù)量Nk。
[0037] (6)利用公式(2)計(jì)算每幀圖像中的煙霧區(qū)域面積Sk，并繪制煙霧面積隨時(shí)間變化 的曲線。公式
[0038]
[0039] 式中：K = O .02米/像素
[0040] (7)用標(biāo)注閾值的煙霧面積-時(shí)間曲線(如圖3所示)作為最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種火藥裝藥流場(chǎng)煙霧面積測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于步驟如下： (1) 將火藥裝藥流場(chǎng)的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為灰度圖像序列； (2) 將灰度圖像序列轉(zhuǎn)換為相同分辨率的煙霧透過(guò)率矩陣;首先，取灰度圖像序列前50 幀圖像灰度的均值合成基準(zhǔn)圖像Smxn ;其次，將灰度圖像序列中的每一幀圖像Bmxn與基準(zhǔn)圖 像對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的灰度作比值，得到灰度比值矩陣Tk(i，j)，然后，在灰度比值矩陣i k(i，j)中， 利用公式(1)消除雜散光對(duì)灰度比值的影響，獲得煙霧透過(guò)率矩陣V k( i，j);公式式中T'k(i，j)表示灰度圖像序列中第k幀圖像的透過(guò)率分布矩陣，其中k表示圖像在圖 像序列中的位置，i表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖像中水平方向的位置，j表示數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖像中垂直方向 的位置;Gs(i，j)表示基準(zhǔn)圖像Smxn在點(diǎn)（i，j)處的灰度值;T k( i，j)表示灰度圖像序列中第k 幀圖像的灰度比值矩陣，w表示圖像序列中單條背景條紋在水平方向上占據(jù)的像素?cái)?shù)； (3) 統(tǒng)計(jì)每幀圖像中煙霧透過(guò)率在閾值范圍內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量及分布； (4) 利用公式(2)計(jì)算每幀圖像中的煙霧區(qū)域面積Sk，并繪制煙霧面積隨時(shí)間變化的曲 線;公式 Sk = K2Nk (2) 式中Sk表示圖像序列中第k幀圖像的煙霧區(qū)域面積，單位為平方米;K是圖像序列的長(zhǎng)度 比例系數(shù)，單位為米/像素;Nk是第K幀圖像中透過(guò)率在閾值范圍內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量，單位為像 素； (5) 用標(biāo)注閾值的煙霧面積-時(shí)間曲線作為最終的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于步驟(3)中當(dāng)煙霧透過(guò)率矩陣 (i，j)噪聲較大時(shí)，在統(tǒng)計(jì)煙霧透過(guò)率在閾值范圍內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)量之前，對(duì)每一幀圖像的煙 霧透過(guò)率矩陣進(jìn)行線性濾波，設(shè)定濾波的鄰域?yàn)閙Xn(m，n都為奇數(shù)），則濾波后的 煙霧透過(guò)率矩陣i〃k(i，j)表示為3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于步驟（3)中的閾值是一個(gè)有界區(qū) 間，為(^，1：1))、[1： ￡1，1：1)]、[1：￡1，1：1))或(1： ￡1，1：1)]形式，其中1：￡1彡1：1);1： ￡1，1：1)根據(jù)實(shí)際需要確定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于步驟(3)中統(tǒng)計(jì)像素點(diǎn)時(shí)，增加像 素點(diǎn)團(tuán)聚數(shù)量Nr作為附加限定條件，將透過(guò)率在閾值范圍內(nèi)的團(tuán)聚數(shù)量〈Nr的像素點(diǎn)排除在 統(tǒng)計(jì)范圍外。
【文檔編號(hào)】G06T7/60GK106056637SQ201610423474
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】王長(zhǎng)健, 趙鳳起, 孫美, 儀建華, 軒春雷, 許毅, 孫志華, 安亭, 楊燕京
【申請(qǐng)人】西安近代化學(xué)研究所