王長(zhǎng)健，孫 美，魏志剛，劉科祥，牛建軍，許 毅，劉晉湘

(1.西安近代化學(xué)研究所,陜西 西安 710065；2.西安電子科技大學(xué),陜西 西安 710071；3.西安文理學(xué)院,陜西 西安 710065；4.西安北方惠安化學(xué)工業(yè)有限公司,陜西 西安 710302)

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基于視頻圖像分析的推進(jìn)劑羽流煙霧透過(guò)率測(cè)量技術(shù)

王長(zhǎng)健1，孫 美1，魏志剛2，劉科祥2，牛建軍3，許 毅1，劉晉湘4

(1.西安近代化學(xué)研究所,陜西 西安 710065；2.西安電子科技大學(xué),陜西 西安 710071；3.西安文理學(xué)院,陜西 西安 710065；4.西安北方惠安化學(xué)工業(yè)有限公司,陜西 西安 710302)

為了對(duì)一定空間分布范圍內(nèi)的推進(jìn)劑羽流煙霧進(jìn)行光透過(guò)率的動(dòng)態(tài)測(cè)量，建立了固體推進(jìn)劑羽流煙霧遮蔽能力的視頻圖像測(cè)試系統(tǒng)。處理測(cè)量圖像與背景圖像獲得測(cè)量圖像的對(duì)比度，轉(zhuǎn)換中性衰減片的測(cè)量結(jié)果為透過(guò)率。根據(jù)測(cè)量模型建立了測(cè)試系統(tǒng)，并進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)試。結(jié)果表明，視頻圖像測(cè)量方法具有較大的空間測(cè)試范圍，可以獲得煙霧分布等更多信息，減小了環(huán)境背景光輻射的干擾。該方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性好、系統(tǒng)穩(wěn)定性好，可用于推進(jìn)劑羽流煙霧光透過(guò)率的準(zhǔn)確測(cè)量。

羽流煙霧；光透過(guò)率；視頻處理；對(duì)比度；校準(zhǔn)

引 言

固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在點(diǎn)火工作時(shí)，通過(guò)噴管排出的燃燒和裂解產(chǎn)物中含有煙霧和火焰。羽流煙霧是推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的重要特征信號(hào)之一，涉及到推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)、綠色生產(chǎn)、武器系統(tǒng)制導(dǎo)及隱身技術(shù)等[1-3]。對(duì)煙霧特征信號(hào)進(jìn)行分類、測(cè)試、表征和評(píng)估成為研究工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其研究方法主要有3種[4]：(1)小型密閉燃燒室法；(2)地面靜止發(fā)動(dòng)機(jī)法——煙霧通道法；(3)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)飛行遠(yuǎn)距離遙測(cè)法。相對(duì)而言，小型密閉燃燒室法對(duì)煙霧形成了確定的空間約束環(huán)境，測(cè)量試驗(yàn)比較規(guī)范、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好，但這種方法的測(cè)試環(huán)境與推進(jìn)劑實(shí)際工作環(huán)境差異較大，可能造成測(cè)試結(jié)果與實(shí)際情況存在較大偏差，比較適合于推進(jìn)劑配方的篩選；煙霧通道法是發(fā)動(dòng)機(jī)羽煙經(jīng)過(guò)煙霧通道混合均勻后測(cè)量推進(jìn)劑羽流煙霧在不同環(huán)境下對(duì)不同波段的透過(guò)率，該方法測(cè)試設(shè)備和理論基礎(chǔ)相對(duì)成熟，是目前普遍使用的測(cè)試方法；飛行遠(yuǎn)距離遙測(cè)法是飛行試驗(yàn)實(shí)彈測(cè)試，受試驗(yàn)費(fèi)用、儀器技術(shù)難度以及測(cè)試外部環(huán)境等因素的影響，因而測(cè)試成本高昂。煙霧的留存時(shí)間和空間分布受環(huán)境因素的影響非常大，因此煙霧特征信號(hào)的測(cè)量與評(píng)估需要嚴(yán)格限定實(shí)驗(yàn)條件[5]。

在室內(nèi)環(huán)境測(cè)量試驗(yàn)中通常采用單束光形成的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量方法，即發(fā)射裝置發(fā)射某一波段的一束光輻射并使其穿過(guò)煙霧區(qū)，在煙霧區(qū)的另外一側(cè)放置探測(cè)器接收經(jīng)過(guò)煙霧衰減后的輻射，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到煙霧對(duì)光輻射的衰減特性。自由狀態(tài)下的煙霧具有典型的隨機(jī)過(guò)程的特點(diǎn)，空間分布不均勻、有一定的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，而且分布范圍較大。因此，室外環(huán)境下點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方法的測(cè)量結(jié)果很難用于煙霧整體的光學(xué)衰減特性的評(píng)估。成像測(cè)量相對(duì)于傳統(tǒng)的單光束強(qiáng)度測(cè)量而言，雖然動(dòng)態(tài)范圍較小，但可以獲得煙霧在較大空間范圍內(nèi)不同波段的光學(xué)衰減特性。

本研究采用視頻方法進(jìn)行煙霧透過(guò)率測(cè)量，能夠獲得較大的測(cè)量視場(chǎng)。另外通過(guò)選用響應(yīng)不同波段光輻射的圖像傳感器，獲得不同波段光輻射的的傳感器透過(guò)率。并在測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)每個(gè)測(cè)量光譜段，使用了1組中性衰減片作為標(biāo)準(zhǔn)器件，以校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果。此方法尚未見(jiàn)到相關(guān)技術(shù)報(bào)道，利用這種測(cè)量方法能使測(cè)量結(jié)果具有較好的一致性。

1 測(cè)量模型的建立

在成像測(cè)量情況下，可以直接得到整個(gè)成像區(qū)域表示入射光強(qiáng)度圖像的灰度值，而煙霧對(duì)光輻射的衰減可以用透過(guò)率來(lái)表示，灰度值和透過(guò)率這兩個(gè)量之間并非總是線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，往往會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性特征，并且隨不同的光譜波段而異。所以要將測(cè)量得到的灰度值轉(zhuǎn)換為透過(guò)率，該變換采用1組中性衰減片，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

煙霧的光透過(guò)率測(cè)量的實(shí)質(zhì)是測(cè)量光輻射在穿過(guò)煙霧前、后強(qiáng)度的變化。根據(jù)Beer-Lambert定律[6]，光輻射在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，其強(qiáng)度變化遵守如下規(guī)律

(1)

式中:τ為相對(duì)透過(guò)率；I0為入射光強(qiáng)度；I為透射光強(qiáng)度；A為介質(zhì)衰減系數(shù)；D為介質(zhì)的平均密度；l為介質(zhì)內(nèi)的光程長(zhǎng)。

在有煙霧存在的情況下，傳輸介質(zhì)可以分為2部分。煙霧介質(zhì)部分的參量分別表示為A1、D1、l1；非煙霧介質(zhì)部分(通常為大氣)的參量為A2、D2、l2。這樣式(1)可以表示為

τ=e-ADl=e-A1D1l1-A2D2l2=Ce-A1D1l1

(2)

式(2)中的C表示非煙霧介質(zhì)(大氣)的衰減引起的透過(guò)率下降，由于一般情況下大氣的衰減遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于煙霧的衰減，因而這部分量值不會(huì)出現(xiàn)明顯的隨時(shí)間的變化，經(jīng)過(guò)探測(cè)器轉(zhuǎn)換后，這部分量值表現(xiàn)為信號(hào)直流成分的一部分，用脈沖方式的測(cè)量方法很容易濾除掉，因而可以獲得準(zhǔn)確度很高的煙霧透過(guò)率的測(cè)量值。

但在成像的測(cè)量方法中，較大的測(cè)量視場(chǎng)不適合采用脈沖工作方式；另外像素點(diǎn)數(shù)目龐大，各個(gè)成像單元在相同光照射的響應(yīng)本身都存在差異，因而不能通過(guò)常規(guī)方法來(lái)濾除直流成分。為了將大氣介質(zhì)引起的影響減至最小，采用圖像對(duì)比度的概念，如下式所示

(3)

式中：T(i,j)為像素點(diǎn)(i,j)處的對(duì)比度;G(i,j)為像素點(diǎn)(i,j)有煙霧時(shí)的灰度值;G0(i,j)為像素點(diǎn)(i,j)無(wú)煙霧時(shí)的灰度值;G0(i,j)和G(i,j)分別相當(dāng)于式(1)中的I0和I，但是T(i,j)并不完全等同于式(1)中的τ。

為了簡(jiǎn)化測(cè)試過(guò)程并提高準(zhǔn)確度，測(cè)試時(shí)設(shè)置一個(gè)特殊的光學(xué)靶板，用以簡(jiǎn)化測(cè)試背景并提供適當(dāng)?shù)墓廨椛?，所以G0就是背景圖像的灰度值。

(4)

2 煙霧圖像處理

煙霧在空間特定區(qū)域形成了一定的空間分布并且隨時(shí)間變化。在視頻圖像的每一幀中，表現(xiàn)為煙霧的空間分布特征，時(shí)間變化的特征表現(xiàn)在一系列連續(xù)的圖像幀中。

如果把每一幀圖像看成是二維連續(xù)分布的函數(shù)G(x,y)，則圖像梯度G(x,y)就是函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)

(5)

二維函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)就表現(xiàn)為圖像的特定邊緣，在實(shí)際計(jì)算中往往因?yàn)橐浑A導(dǎo)數(shù)并不敏感，所以也經(jīng)常使用二階導(dǎo)數(shù)。

在數(shù)字圖像中，圖像是二維離散分布的函數(shù)G(i,j)，則兩個(gè)方向上的導(dǎo)數(shù)就表示為前向差分，并用模板的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)[7]：

(6)

閉合的圖像邊緣所包圍的區(qū)域，具有近似相同的灰度值，這樣就給灰度平均值的計(jì)算帶來(lái)了很大方便。

利用導(dǎo)數(shù)不同的閾值，就可以將整個(gè)煙霧圖像分解為一系列不同灰度值的區(qū)域，可以對(duì)其快速統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，如圖1所示，閉合邊緣b包圍的區(qū)域具有近似相等的灰度值，邊緣a、b之間的區(qū)域具有另一個(gè)近似相等的灰度值。

圖1 有效煙霧計(jì)算選擇示意圖Fig.1 Schematic diagram of the calculation and selection of effective smoke

如圖1所示，經(jīng)過(guò)用不同的灰度閾值對(duì)煙霧圖像進(jìn)行劃分，得到了一系列不同灰度值的區(qū)域。對(duì)這些區(qū)域各自求灰度均值，再結(jié)合背景幀圖像中對(duì)應(yīng)位置的灰度均值，可以得到一系列不同的對(duì)比度。通過(guò)對(duì)具有不同對(duì)比度值的煙霧進(jìn)行區(qū)域劃分，再將對(duì)比度轉(zhuǎn)換為透過(guò)率，可以得到煙霧透過(guò)率的空間場(chǎng)分布情況。

在求煙霧分布的圖像灰度函數(shù)G(x,y)的二階導(dǎo)數(shù)時(shí)，獲得的對(duì)比度分布區(qū)域邊緣不規(guī)則，為了加快計(jì)算速度，選取完全閉合的規(guī)則區(qū)塊來(lái)近似計(jì)算特定煙霧區(qū)域的對(duì)比度，只要區(qū)塊的尺寸大小選擇合適，則可以滿足計(jì)算精度的要求，從而得到預(yù)期精度的煙霧透過(guò)率空間分布。再結(jié)合煙霧透過(guò)率隨時(shí)間變化的分布情況，可以進(jìn)一步研究羽流煙霧的變化規(guī)律。

實(shí)際計(jì)算煙霧透過(guò)率時(shí)，針對(duì)優(yōu)化后的羽流二次煙霧模型，降低計(jì)算復(fù)雜度，采用快速光學(xué)透過(guò)率算法，具體過(guò)程為：通過(guò)選取合適的灰度閾值，將煙霧區(qū)域與非煙霧區(qū)域分離。對(duì)煙霧區(qū)域透過(guò)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，從而得到預(yù)期精度的煙霧透過(guò)率隨時(shí)間的變化曲線。

3 參數(shù)轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)定標(biāo)

透過(guò)率由特定波長(zhǎng)的光輻射在介質(zhì)中衰減前后的強(qiáng)度比值來(lái)定義。但是在成像測(cè)量中，CCD相機(jī)在同一時(shí)刻只能接收衰減前或衰減后某一瞬間的光輻射，因此這兩個(gè)情況下的成像G0和G在時(shí)間上有較大差別；另外進(jìn)入CCD視場(chǎng)的光線比較復(fù)雜，有來(lái)自靶板的測(cè)量光線，還有來(lái)自環(huán)境的干擾光線，顯然后者對(duì)測(cè)量產(chǎn)生了不能忽略的不利影響；光強(qiáng)經(jīng)過(guò)圖像傳感器轉(zhuǎn)換為圖像灰度值本身是一個(gè)非線性過(guò)程，透過(guò)率與圖像對(duì)比度的關(guān)系也呈現(xiàn)非線性特征，此非線性特征因入射光線的波長(zhǎng)而異。并且總體的非線性關(guān)系會(huì)隨著外界光照條件的變化而變化。因此在煙霧的某一區(qū)塊處，不能將光輻射的透過(guò)率定義為有煙霧后、無(wú)煙霧時(shí)該區(qū)塊圖像灰度均值的比值，即τ≠T。

由于多種非線性因素的影響，造成透過(guò)率τ對(duì)式(3)定義的T的非線性偏離，并且透過(guò)率本身和外界環(huán)境光的照射情況決定了該偏移量的主要部分。但是該映射關(guān)系復(fù)雜，因此不能建立具有解析形式的τ-T之間的關(guān)系，但是在確定的外界環(huán)境光照情況下，可以建立二者之間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系，該實(shí)驗(yàn)關(guān)系與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)。在外界環(huán)境光照情況變化不大時(shí)，用該實(shí)驗(yàn)關(guān)系對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換，并對(duì)測(cè)量結(jié)果校準(zhǔn)，以克服多種非線性響應(yīng)對(duì)測(cè)量的不利影響，提高測(cè)量結(jié)果的一致性和準(zhǔn)確度。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)技術(shù)為：將1組具有不同透過(guò)率的中性衰減片進(jìn)行計(jì)量測(cè)試，作為標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)器件。在某一確定的光照條件下，對(duì)攝像機(jī)依次加裝不同的中性衰減片，在每采集1個(gè)中性衰減片下對(duì)應(yīng)的視頻后，取下衰減片，然后采集1次背景視頻。對(duì)每個(gè)中性衰減片下采集到的視頻與其對(duì)應(yīng)的背景視頻進(jìn)行區(qū)域分塊、比值、平均等處理后，得到相應(yīng)標(biāo)稱透過(guò)率下的對(duì)比度。這樣能夠極大程度地消除環(huán)境噪聲對(duì)標(biāo)定過(guò)程的影響。實(shí)際測(cè)試時(shí)，通過(guò)對(duì)煙霧區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，只進(jìn)行有煙區(qū)域的光透過(guò)率計(jì)算，便能得到較為準(zhǔn)確的透過(guò)率數(shù)值。

設(shè)對(duì)比度為Ti時(shí)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)器件的透過(guò)率為τi，則兩者的關(guān)系可以記為

τi=f(Ti)，i=1,2,…,N

(7)

式中：N為中性衰減片的總數(shù)。

上述函數(shù)關(guān)系就是τ-T的映射關(guān)系，通常具有單調(diào)的非線性特征，會(huì)受到多個(gè)因素的影響，因而需要多個(gè)實(shí)際的測(cè)量值來(lái)確定，但是如果點(diǎn)數(shù)過(guò)多，則會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)定標(biāo)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。顯然這種做法中，定標(biāo)到實(shí)際測(cè)試中的時(shí)間間隔不宜過(guò)長(zhǎng)，如果間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則外界光照情況會(huì)有明顯的變化，導(dǎo)致校準(zhǔn)后的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

對(duì)于得到的定標(biāo)結(jié)果，采用3次樣條插值的方法得到連續(xù)光滑的函數(shù)曲線，如圖2所示。這樣對(duì)于任意煙霧視頻圖像對(duì)比度的值，可以用此光滑函數(shù)插值得到相應(yīng)的透過(guò)率。

圖2 定標(biāo)數(shù)據(jù)3次樣條內(nèi)插曲線Fig.2 Three spline interpolation curve of calibration data

3次樣條插值函數(shù)如下

(8)

式中：x為待插值點(diǎn);(xj，yj)為已知的節(jié)點(diǎn)[6]。

采用自然邊界條件，即整個(gè)差值區(qū)間的兩個(gè)端點(diǎn)的二階導(dǎo)數(shù)為0，待定的其他插值點(diǎn)的二階導(dǎo)數(shù)Mj用下式確定

(9)

其中,λj、μj、dj、hj由下式確定：

(10)

通過(guò)3次樣條插值得到的定標(biāo)曲線需要驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，并且保證多個(gè)驗(yàn)證數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的偏差在允許的范圍內(nèi)。驗(yàn)證時(shí)，使用具有同一光衰減率的中性衰減片進(jìn)行多次重復(fù)驗(yàn)證，并且保證驗(yàn)證時(shí)的天氣情況穩(wěn)定，且與標(biāo)定時(shí)的天氣情況差別不大。

4 在某推進(jìn)劑羽流煙霧透過(guò)率測(cè)試中的應(yīng)用

測(cè)試環(huán)境理想的氣象條件為：環(huán)境光照強(qiáng)度適中并且穩(wěn)定，風(fēng)力等級(jí)不超過(guò)2級(jí)。測(cè)試時(shí)，光學(xué)背景板放置于火箭橇軌道的一側(cè)；在軌道的另一側(cè)布放圖像采集系統(tǒng)，測(cè)量距離約30m，使得成像測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)能夠覆蓋整塊光學(xué)背景板。為了獲得較多的羽流煙霧信息，設(shè)置高速照相機(jī)的幀率為200幀/s。測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)布局示意圖如圖3所示。

圖3 測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)布局示意圖Fig.3 Schematic diagram of the test site layout

實(shí)際上，該測(cè)試系統(tǒng)不僅可以用于火箭撬的動(dòng)態(tài)飛行測(cè)試，也可以用于一般的煙霧透過(guò)率測(cè)試。定標(biāo)時(shí)，用不同波段的濾光片濾得相應(yīng)波段的入射光線，然后使其通過(guò)中性衰減片序列，再進(jìn)入對(duì)應(yīng)波段的相機(jī)進(jìn)行定標(biāo)操作。常用的波段有可見(jiàn)光、近紅外及特殊的窄帶波段。

圖2中的曲線是可見(jiàn)光波段的某次定標(biāo)曲線，“+”標(biāo)記的6個(gè)驗(yàn)證數(shù)據(jù)點(diǎn)為用同一個(gè)中性衰減片在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)測(cè)量進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證的結(jié)果。6次測(cè)量的測(cè)量值分別為：33.85%、33.38%、32.27%、31.83%、33.32%、35.49%，平均值為33.36%，相對(duì)偏差為3.86%?？梢?jiàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的重復(fù)性較好，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性。

圖4為某發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程的煙霧在可見(jiàn)光波段透過(guò)率變化曲線，選用標(biāo)準(zhǔn)Φ50發(fā)動(dòng)機(jī)，工作時(shí)間為200ms。在曲線中,a段為發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火前的透過(guò)率，因?yàn)闆](méi)有產(chǎn)生煙霧，透過(guò)率為100%；b段為發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的透過(guò)率，此時(shí)產(chǎn)生的大量煙霧衰減了入射光線，因而透過(guò)率很小，對(duì)應(yīng)的曲線迅速下降后并形成維持較短時(shí)間、變化很小的平臺(tái)；c段為發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后的透過(guò)率，此時(shí)不再有新的煙霧產(chǎn)生，原來(lái)的煙霧逐步消散，對(duì)應(yīng)的曲線逐漸上升，采用恰當(dāng)?shù)乃惴ù_定煙霧結(jié)束點(diǎn)的位置，就可計(jì)算平均透過(guò)率。如果出現(xiàn)揚(yáng)塵等意外干擾，曲線就會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，所以需要嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件。

圖4 實(shí)際測(cè)量曲線Fig.4 The real measured curve

對(duì)每一幀圖像的煙霧有效區(qū)域統(tǒng)計(jì)、插值得到其透過(guò)率，見(jiàn)下式

(11)

對(duì)煙霧滯留時(shí)間內(nèi)的透過(guò)率進(jìn)行平均計(jì)算，得到該推進(jìn)劑羽流煙霧的平均透過(guò)率，見(jiàn)下式

(12)

測(cè)試過(guò)程中，推進(jìn)劑燃?xì)庥鹆鳠熿F與環(huán)境相比，具有較高溫度，存在熱能輻射現(xiàn)象，對(duì)紅外波段的光學(xué)透過(guò)率測(cè)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

5 結(jié) 論

(1)根據(jù)Beer-Lambert定律，用成像的方法測(cè)量特定波長(zhǎng)的光輻射經(jīng)過(guò)固體推進(jìn)劑羽流煙霧這種特殊介質(zhì)衰減后的強(qiáng)度分布，再用經(jīng)過(guò)計(jì)量的中性衰減片組作為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)插值校準(zhǔn)得到了煙霧的透過(guò)率，并且得到了較大空間范圍內(nèi)透過(guò)率的空間分布及隨時(shí)間演化等多項(xiàng)特征參數(shù)。測(cè)量結(jié)果具有較好的一致性。在羽流煙霧的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，需要測(cè)試多個(gè)波段的光輻射透過(guò)率時(shí)只需選用合適的濾光片和響應(yīng)波長(zhǎng)的相機(jī)，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)和方法同樣適用于不同波段的光透過(guò)率的測(cè)量。

(2)在單光束的室內(nèi)測(cè)量中，本測(cè)試系統(tǒng)使用1組中性衰減片，建立了更加精確的校準(zhǔn)曲線。該方法的建立使得測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確。

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Research on Measurement Technology of Plume-smoke Transmittance of Solid Propellant Based on Video Image Analysis

WANG Chang-jian1,SUN Mei1,WEI Zhi-gang2,LIU Ke-xiang2,NIU Jian-jun3,XU Yi1,LIU Jin-xiang4

(1.Xi′an Modern Chemistry Research Institute, Xi′an 710065,China;2.Xidian University, Xi′an 710071,China;3. Xi′an University, Xi′an 710065,China;4. Xi′an North Huian Chemical Industry Co.Ltd., Xi′an 710302,China)

In order to dynamically measure the light transmittance of plumesmoke distributed in a large space , a video-image test system for solid propellant plume-smoke shielding ability was established. The measuring images and the background images were processed to obtain the contrast of the measured image, and the measurement results of the neutral optical attenuator calibrate and convert into the transmittance. The test system was established according to the measurement model and the verification test was performed. The results show that the video image measurement method has a larger measurement field of view, it can obtain more information on smoke distribution etc., and can reduce the interference of the light radiation of environmental background. The data obtained from this method has good repeatability and good system stability, this method can be used for accurate measurement of the plume-smoke light transmittance of propellant.

plume-smoke；light transmittance；video processing；contrast；calibration

10.14077/j.issn.1007-7812.2016.05.013

2016-03-16；

2016-09-26

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.201503163)；火炸藥專項(xiàng)(No.07)

王長(zhǎng)健(1983-)，男，工程師，從事推進(jìn)劑羽流特征信號(hào)評(píng)估工作。E-mail:18991898347@163.com

孫美(1962-)，女，研究員，從事固體推進(jìn)劑排氣羽流特征信號(hào)評(píng)估技術(shù)研究。E-mail:sunm62@sina.com

TJ55;TP306+.2

A

1007-7812(2016)05-0079-05