[发明专利]基于图像处理的瞬态火焰检测方法

说明书

技术领域

本发明属于火焰检测领域，具体涉及运用数字图像处理方法提取瞬态火焰区域、测量火焰参量的方法。

背景技术

密闭爆发器、火炮等装备在引爆或者发射弹药之后，不可避免的在爆发器内、炮口形成瞬态火焰，反映出火药燃烧不完全，能量利用率下降，从而影响该类装备的实际应用性能，为了改善瞬态火焰的这些影响，就需要对瞬态火焰进行深入的研究，因此如何探测瞬态火焰，评判火焰大小和强弱是十分重要的。目前国内外用火焰测试方法主要有照相机B门等待法和转鼓摄影法，照相机B门等待法拍摄的是瞬态火焰在其持续时间内的火焰的累积照片，可以从整体上进行火焰分析，转鼓摄影法即采用转鼓摄影仪拍摄瞬态火焰，两种方法只能定性的分析火焰在全时间内的总体空间分布及强弱，定量的测量需要人工辅以测量工具进行测试，测试过程复杂繁琐，且测量重复性不好，测量精度较差。

较多的中国发明专利公开了应用图像处理的方法对火焰进行检测，如中国发明专利(公开号CN1308224A，CN102034110A,CN101441712A，CN101840571A等)，以上专利火焰检测的目的在于检测视频拍摄区域内有无火焰产生，具体图像处理方法上没有以检测瞬态火焰区域的相关参量为目标，没有对火焰在整个时间段上的整体分布规律进行联合分析，并且以上专利中的火焰检测均采用普通摄像机完成，而瞬态火焰持续时间极其短暂（发生时间属于毫秒级别），普通摄像机的帧率无法满足现场录制、场景回放要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图像处理的瞬态火焰检测方法，采用高速摄像机拍摄瞬态火焰视频，应用图像处理技术，提取瞬态火焰区域，分析计算火焰参量，为火炮、枪支等武器的研制、性能测试提供了有效的数据及技术支持。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于图像处理的瞬态火焰检测方法，具体步骤如下：

步骤1：高速摄像机放置在距离瞬态火焰发生装置适当距离的地方，摄像机垂直于瞬态火焰发生装置的发射方向，拍摄瞬态火焰视频并完成视频中图像像素与实际尺寸的标定，视频共包含T帧图像，视频中第一帧为不包含瞬态火焰的背景图像I_B；

步骤2：从所述瞬态火焰视频中提取出各帧图像I_t，t=1,2，…，T，将各帧图像进行叠加得到瞬态火焰的叠加图像I_D，叠加方法为：针对叠加图像中的每个像素点I_D(x,y)的R、G、B三通道的取值I_DR(x,y)，I_DG(x,y)，I_DB(x,y)，分别对应于瞬态火焰视频各帧图像中对应位置及通道取值的最大值：

I_DR(x,y)＝max(I_1R(x,y),I_2R(x,y),I_3R(x,y),...,I_TR(x,y))

I_DG(x,y)＝max(I_1G(x,y),I_2G(x,y),I_3G(x,y),...,I_TG(x,y))

I_DB(x,y)＝max(I_1B(x,y),I_2B(x,y),I_3B(x,y),...,I_TB(x,y))

式中I_iR(x,y)，I_iG(x,y)，I_iB(x,y)，i=1,2…,T，分别表示瞬态火焰视频中第i帧图像中像素点(x,y)的R、G、B三通道的取值，经过上述的图像叠加之后，在叠加图像中的每个像素点将会遍历到T帧图像对应位置对应通道的最大取值，从而将瞬态火焰视频中瞬态火焰的整体分布表现在叠加图像中；

步骤3：对所述叠加图像进行图像滤波以及图像增强，亮化叠加图像中瞬态火焰区域，暗化背景区域，图像增强具体步骤为：

①将叠加图像与背景图像做差分，得差分图像I_S1；

②对叠加图像I_D的R、G、B三通道按照如下公式逐个像素进行亮度增强，生成亮度增强图像I’_D：