一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法与流程

本发明涉及一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法。

背景技术：

爆速是爆轰波的一个重要参数。通过爆速可以分析导爆管内爆轰波的传播过程。爆速的变化直接反应了反应区结构、能量释出的多少及释放速度的快慢。根据爆速-爆压的关系可以分析导爆管的传播可靠性。但是导爆管的传播速度极快，肉眼很难观测。近年来，高速摄影技术被逐渐应用到导爆管的传播性能研究当中。

有学者已经采用导爆管进行了爆轰波的爆速研究。但是大多数导爆管试样传爆过程的图像都是人工处理。计算结果受测试人员的主观因素影响。同时，高速摄影机的采样频率与曝光时间、画幅尺寸与分辨率之间存在着矛盾。导爆管的传爆速度极快，如果采样频率过高，采集的画幅与曝光时间都会存在问题。过去爆速的研究都是采用直线式，采集的可用画幅数量较少。因此，本发明提出了一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法，采用数字图像相关性分析方法完成对爆轰波头的检测分析，减少人为操作，既可以减少研究人员的劳动强度，又能提供可靠性更高的计算结果。此外，蛇形的导爆管安装方式可以提高爆轰波传爆过程图像采集数量。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法。

(二)技术方案

为达成上述目的，本发明提供了一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法，主要包括以下几个步骤：

s1.高速摄影机拍摄导爆管传爆过程图像；

s2.导爆管像素距离测量；

s3.爆轰波头搜索；

s4.爆速计算。

根据本发明，导爆管应安装在包含蛇形槽的黑色木板中。

根据本发明，r2待匹配图像是采集的序列图像中典型的爆轰波头图像。

根据本发明，步骤s2导爆管像素距离测量包括以下步骤：

s2.1将导爆管爆轰波进入木板前，高速摄影机拍摄的图像作为背景图像，并对背景图像进行预处理；

s2.2采用hough变换在处理过的图像中检测直线；

s2.3导爆管分段向量检测；

s2.4计算导爆管像素距离。

根据本发明，步骤s2.1背景图像预处理包括：高斯滤波、边缘检测。

根据本发明，步骤s2.3导爆管的分段向量检测采用以下方法：删除不符合斜率要求的直线；合并距离小、斜率相近的平行直线；根据直线的位置和斜率进行排序；将直线交点的坐标参照蛇形分布线的方向排序确定导爆管的分段向量。

根据本发明，步骤s2.4中导爆管的像素距离为导爆管的分段向量像素距离和。

根据本发明，r2搜索区域与方向由导爆管的分段向量坐标确定。搜索区域以导爆管的分段向量为中心，搜索宽度应大于爆轰波头模板图像；搜索方向与分段向量的方向一致。

根据本发明，步骤s3爆轰波头搜索主要包括以下步骤：

步骤s3.1读取爆轰波传爆过程序列图像；

步骤s3.2根据上一次爆轰波头的搜索位置确定本次搜索区域，并将该区域的图像作为待匹配图像；

步骤s3.3将搜索区域图像与待匹配模板图像进行相关性检测，确定爆轰波头的位置；

步骤s3.4记录数据，包括爆轰波头位置、图像序列编号、图像序列时间；

步骤s3.5爆轰波头是否达到蛇形槽的尾部；如果到达，则进入步骤s4爆速计算；如果未到达，则返回步骤s3.1。

根据本发明，爆速由爆轰波头的位置、导爆管的像素距离以及物理距离、序列图像的时刻求得。

(三)有益效果

本发明提出了一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法，可减少人为操作，既可以提高计算结果的可靠性，又可以提高爆轰波传爆过程图像采集数量。

附图说明

图1是一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量流程；

图2是导爆管安装示意图；

图3是序列图像。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图详细说明本发明所述的一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法，但本发明的保护范围不局限于下述的实施例。

参照图1，一种基于数字图像相关性的导爆管爆速测量方法主要包括以下几个步骤：

s1.高速摄影机拍摄导爆管传爆过程图像；

s2.导爆管像素距离测量；

s3.爆轰波头搜索；

s4.爆速计算。

参照图2，导爆管应安装在包含蛇形槽(2)的黑色木板(1)中。

参照图1，步骤s2导爆管像素距离测量包括以下步骤：

s2.1将导爆管爆轰波进入木板前，高速摄影机拍摄的图像作为背景图像，并对背景图像进行预处理；

s2.2采用hough变换在处理过的图像中检测直线；

s2.3导爆管分段向量检测；

s2.4计算导爆管像素距离。

背景图像预处理一般包括：高斯滤波、边缘检测。如果原始图像是彩色图像，需要将彩色图像先转为灰度图像。

参照图2，步骤s2.3导爆管的分段向量采用以下方法：删除不符合斜率要求的直线；合并距离小、斜率相近的平行直线；根据直线的位置和斜率进行排序；将直线交点的坐标参照蛇形分布线的方向排序确定导爆管的分段向量。蛇形分布线的方向是指爆轰波从进入木板到离开木板在蛇形槽中的走向。图2中的起点(4)到终点(5)是一种爆轰波的方向。起点(4)和终点(5)的方向是由导爆管安装槽的位置及导爆管点火点确定。

导爆管的像素距离为导爆管的分段向量像素距离和。

参照图3，r1是以序列图像中的一幅图像的爆轰波头作为匹配模板。

参照图2与图3，搜索区域r2。搜索区域与方向由导爆管的分段向量坐标确定。搜索区域以导爆管的分段向量为中心，搜索宽度应大于爆轰波头模板图像；搜索方向与分段向量的方向一致；

参照图2，r2搜索区域与方向由导爆管的分段向量坐标确定。搜索区域以导爆管的分段向量为中心，搜索宽度应大于爆轰波头模板图像；搜索方向与分段向量的方向一致。

参照图1，步骤s3爆轰波头搜索主要包括以下步骤：

步骤s3.1读取爆轰波传爆过程序列图像；

步骤s3.2根据上一次爆轰波头的搜索位置确定本次搜索区域，并将该区域的图像作为待匹配图像；

步骤s3.3将搜索区域图像与待匹配模板图像进行相关性检测，确定爆轰波头的位置；

步骤s3.4记录数据，包括爆轰波头位置、图像序列编号、图像序列时间；

步骤s3.5爆轰波头是否达到蛇形槽的尾部；如果到达，则进入步骤s4爆速计算；如果未到达，则返回步骤s3.1。

根据导爆管的像素距离、爆轰波头的位置以及序列图像的采样时间求导爆管爆速。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。