本發(fā)明屬于火焰檢測領(lǐng)域，具體涉及運(yùn)用數(shù)字圖像處理方法提取瞬態(tài)火焰區(qū)域、測量火焰參量的方法。

背景技術(shù)：
密閉爆發(fā)器、火炮等裝備在引爆或者發(fā)射彈藥之后，不可避免的在爆發(fā)器內(nèi)、炮口形成瞬態(tài)火焰，反映出火藥燃燒不完全，能量利用率下降，從而影響該類裝備的實(shí)際應(yīng)用性能，為了改善瞬態(tài)火焰的這些影響，就需要對瞬態(tài)火焰進(jìn)行深入的研究，因此如何探測瞬態(tài)火焰，評判火焰大小和強(qiáng)弱是十分重要的。目前國內(nèi)外用火焰測試方法主要有照相機(jī)B門等待法和轉(zhuǎn)鼓攝影法，照相機(jī)B門等待法拍攝的是瞬態(tài)火焰在其持續(xù)時間內(nèi)的火焰的累積照片，可以從整體上進(jìn)行火焰分析，轉(zhuǎn)鼓攝影法即采用轉(zhuǎn)鼓攝影儀拍攝瞬態(tài)火焰，兩種方法只能定性的分析火焰在全時間內(nèi)的總體空間分布及強(qiáng)弱，定量的測量需要人工輔以測量工具進(jìn)行測試，測試過程復(fù)雜繁瑣，且測量重復(fù)性不好，測量精度較差。較多的中國發(fā)明專利公開了應(yīng)用圖像處理的方法對火焰進(jìn)行檢測，如中國發(fā)明專利(公開號CN1308224A，CN102034110A,CN101441712A，CN101840571A等)，以上專利火焰檢測的目的在于檢測視頻拍攝區(qū)域內(nèi)有無火焰產(chǎn)生，具體圖像處理方法上沒有以檢測瞬態(tài)火焰區(qū)域的相關(guān)參量為目標(biāo)，沒有對火焰在整個時間段上的整體分布規(guī)律進(jìn)行聯(lián)合分析，并且以上專利中的火焰檢測均采用普通攝像機(jī)完成，而瞬態(tài)火焰持續(xù)時間極其短暫（發(fā)生時間屬于毫秒級別），普通攝像機(jī)的幀率無法滿足現(xiàn)場錄制、場景回放要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種基于圖像處理的瞬態(tài)火焰檢測方法，采用高速攝像機(jī)拍攝瞬態(tài)火焰視頻，應(yīng)用圖像處理技術(shù)，提取瞬態(tài)火焰區(qū)域，分析計算火焰參量，為火炮、槍支等武器的研制、性能測試提供了有效的數(shù)據(jù)及技術(shù)支持。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于圖像處理的瞬態(tài)火焰檢測方法，具體步驟如下：步驟1：高速攝像機(jī)放置在距離瞬態(tài)火焰發(fā)生裝置適當(dāng)距離的地方，攝像機(jī)垂直于瞬態(tài)火焰發(fā)生裝置的發(fā)射方向，拍攝瞬態(tài)火焰視頻并完成視頻中圖像像素與實(shí)際尺寸的標(biāo)定，視頻共包含T幀圖像，視頻中第一幀為不包含瞬態(tài)火焰的背景圖像IB；步驟2：從所述瞬態(tài)火焰視頻中提取出各幀圖像It，t=1,2，…，T，將各幀圖像進(jìn)行疊加得到瞬態(tài)火焰的疊加圖像ID，疊加方法為：針對疊加圖像中的每個像素點(diǎn)ID(x,y)的R、G、B三通道的取值IDR(x,y)，IDG(x,y)，IDB(x,y)，分別對應(yīng)于瞬態(tài)火焰視頻各幀圖像中對應(yīng)位置及通道取值的最大值：IDR(x,y)＝max(I1R(x,y),I2R(x,y),I3R(x,y),...,ITR(x,y))IDG(x,y)＝max(I1G(x,y),I2G(x,y),I3G(x,y),...,ITG(x,y))IDB(x,y)＝max(I1B(x,y),I2B(x,y),I3B(x,y),...,ITB(x,y))式中IiR(x,y)，IiG(x,y)，IiB(x,y)，i=1,2…,T，分別表示瞬態(tài)火焰視頻中第i幀圖像中像素點(diǎn)(x,y)的R、G、B三通道的取值，經(jīng)過上述的圖像疊加之后，在疊加圖像中的每個像素點(diǎn)將會遍歷到T幀圖像對應(yīng)位置對應(yīng)通道的最大取值，從而將瞬態(tài)火焰視頻中瞬態(tài)火焰的整體分布表現(xiàn)在疊加圖像中；步驟3：對所述疊加圖像進(jìn)行圖像濾波以及圖像增強(qiáng)，亮化疊加圖像中瞬態(tài)火焰區(qū)域，暗化背景區(qū)域，圖像增強(qiáng)具體步驟為：①將疊加圖像與背景圖像做差分，得差分圖像IS1；②對疊加圖像ID的R、G、B三通道按照如下公式逐個像素進(jìn)行亮度增強(qiáng)，生成亮度增強(qiáng)圖像I’D：I′DR(x,y)＝I′DG(x,y)＝I′DB(x,y)＝max(IDR(x,y),IDG(x,y),IDB(x,y))式中I′DR(x,y)、I′DG(x,y)、I′DB(x,y)分別表示亮度增強(qiáng)圖像I′D的R、G、B三通道在像素點(diǎn)(x,y)的取值；③將亮度增強(qiáng)圖像與背景圖像作差分，得差分圖像IS2；④將差分圖像IS1與差分圖像IS2對應(yīng)像素值進(jìn)行相加，除以2，得到融合圖像IS；⑤對融合圖像IS的R、G、B三通道按照如下公式逐個像素進(jìn)行亮度增強(qiáng)，生成最終的亮度增強(qiáng)的疊加圖像I″D：I″DR(x,y)＝I″DG(x,y)＝I″DB(x,y)＝max(ISR(x,y),ISG(x,y),ISB(x,y))式中I″DR(x,y)、I″DG(x,y)、I″DB(x,y)分別表示最終亮度增強(qiáng)的疊加圖像I″D的R、G、B三通道在像素點(diǎn)(x，y)的取值，ISR(x,y)、ISG(x,y)、ISB(x,y)分別表示融合圖像IS的R、G、B三通道在像素點(diǎn)(x，y)的取值。經(jīng)過以上步驟的圖像增強(qiáng)之后，瞬態(tài)火焰區(qū)域部分的像素的亮度將會明顯增強(qiáng)，而背景部分像素由于不在瞬態(tài)火焰區(qū)域，沒有額外亮度像素進(jìn)行增強(qiáng)，其亮度將會得到暗化；步驟4：針對圖像增強(qiáng)后的瞬態(tài)火焰圖像應(yīng)用圖像分割，得到包含瞬態(tài)火焰區(qū)域的二值化圖像；步驟5：依據(jù)圖像分割的結(jié)果，提取瞬態(tài)火焰前景圖像輪廓，并結(jié)合步驟1中的標(biāo)定數(shù)據(jù)，計算瞬態(tài)火焰面積、周長、最大直徑、平均直徑、平均光密度參量（平均光密度即瞬態(tài)火焰區(qū)域內(nèi)像素灰度值的平均值）。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：1、應(yīng)用高速攝像機(jī)拍攝瞬態(tài)火焰視頻，利用其高幀率的特點(diǎn)，完整記錄瞬態(tài)火焰整個過程，便于還原瞬態(tài)火焰的動態(tài)發(fā)展歷程，統(tǒng)計瞬態(tài)火焰整體特征；2、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)圖像的自動化檢測，在拍攝瞬態(tài)火焰視頻后，本方法智能進(jìn)行圖像處理，提取出瞬態(tài)火焰的輪廓，計算出瞬態(tài)火焰面積、周長、最大直徑、平均直徑、平均光密度等參量，免去了人工測量的繁瑣，提高了測量精度；3、所公開的方法通過圖像疊加的方法，總結(jié)出瞬態(tài)火焰的整體分布區(qū)域，便于獲取瞬態(tài)火焰的整體分布特征，為火炮、燃燒藥、發(fā)射藥等的研制、性能測試提供了有效的數(shù)據(jù)及技術(shù)支持；4、所公開的方法提出符合瞬態(tài)火焰彩色空間分布規(guī)律的圖像增強(qiáng)方法，亮化瞬態(tài)火焰區(qū)域，暗化背景區(qū)域，為瞬態(tài)火焰輪廓的提取奠定基礎(chǔ)。附圖說明圖1為基于圖像處理的瞬態(tài)火焰檢測流程框圖。圖2為瞬態(tài)火焰疊加圖像。圖3為針對圖2的疊加圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)的效果圖。具體實(shí)施方式下面以某一次瞬態(tài)火焰視頻拍攝及分析過程為例，說明具體的實(shí)施方法，其中瞬態(tài)火焰發(fā)生裝置為火炮。步驟1：拍攝瞬態(tài)火焰視頻。高速攝像機(jī)放置在距離炮口適當(dāng)距離的地方，要求整個瞬態(tài)火焰區(qū)域覆蓋高速攝像機(jī)拍攝視野的2/3及以上，攝像機(jī)垂直于炮口發(fā)射方向，在炮口發(fā)射方向的反方向上樹立標(biāo)定桿，用于圖像像素與實(shí)際尺寸的標(biāo)定，應(yīng)用高速攝像機(jī)拍攝瞬態(tài)火焰視頻，炮彈發(fā)射時，觸發(fā)高速攝像機(jī)拍攝，由于高速攝像機(jī)拍攝幀率較高，視頻中的第一幀，甚至若干幀為不包含瞬態(tài)火焰的背景圖像IB，視頻共包含T幀圖像。利用視頻中的標(biāo)定桿，完成視頻中圖像像素與實(shí)際尺寸（單位為毫米）的標(biāo)定，標(biāo)定方法如下：利用固定放置的高速攝像機(jī)拍攝標(biāo)定桿圖像，標(biāo)定桿長度所占的圖像總像素為N，標(biāo)定桿的長度已知為L，則可以通過L/N求出單位像素的實(shí)際尺寸；步驟2：從火炮瞬態(tài)火焰視頻中提取出各幀圖像It，t=1,2，…，T，將各幀圖像進(jìn)行疊加得到瞬態(tài)火焰的疊加圖像ID，疊加方法為：針對疊加圖像中的每個像素點(diǎn)ID(x,y)的R、G、B三通道的取值IDR(x,y)，IDG(x,y)，IDB(x,y)，分別對應(yīng)于瞬態(tài)火焰視頻各幀圖像中對應(yīng)位置及通道取值的最大值：IDR(x,y)＝max(I1R(x,y),I2R(x,y),I3R(x,y),...,ITR(x,y))IDG(x,y)＝max(I1G(x,y),I2G(x,y),I3G(x,y),...,ITG(x,y))IDB(x,y)＝max(I1B(x,y),I2B(x,y),I3B(x,y),...,ITB(x,y))式中IiR(x,y)，IiG(x,y)，IiB(x,y)，i=1,2…,T，分別表示瞬態(tài)火焰視頻中第i幀圖像中像素點(diǎn)(x,y)的R、G、B三通道的取值；步驟3：對所述疊加圖像進(jìn)行圖像濾波以及圖像增強(qiáng)，亮化疊加圖像中瞬態(tài)火焰區(qū)域，暗化背景區(qū)域，圖像增強(qiáng)具體步驟為：①將疊加圖像與背景圖像做差分，得差分圖像IS1；②對疊加圖像ID的R、G、B三通道按照如下公式逐個像素進(jìn)行亮度增強(qiáng)，生成亮度增強(qiáng)圖像I’D：I′DR(x,y)＝I′DG(x,y)＝I′DB(x,y)＝max(IDR(x,y),IDG(x,y),IDB(x,y))式中I′DR(x,y)、I′DG(x,y)、I′DB(x,y)分別表示亮度增強(qiáng)圖像I′D的R、G、B三通道在像素點(diǎn)(x,y)的取值；③將亮度增強(qiáng)圖像與背景圖像作差分，得差分圖像IS2；④將差分圖像IS1與差分圖像IS2對應(yīng)像素值進(jìn)行相加，除以2，得到融合圖像IS；⑤對融合圖像IS的R、G、B三通道按照如下公式逐個像素進(jìn)行亮度增強(qiáng)，生成最終的亮度增強(qiáng)的疊加圖像I″D：I″DR(x,y)＝I″DG(x,y)＝I″DB(x,y)＝max(ISR(x,y),ISG(x,y),ISB(x,y))式中I″DR(x,y)、I″DG(x,y)、I″DB(x,y)分別表示最終亮度增強(qiáng)的疊加圖像I″D的R、G、B三通道在像素點(diǎn)(x，y)的取值，ISR(x,y)、ISG(x,y)、ISB(x,y)分別表示融合圖像IS的R、G、B三通道在像素點(diǎn)(x，y)的取值；步驟4：針對圖像增強(qiáng)后的瞬態(tài)火焰圖像應(yīng)用otsu方法(大津法，一種自適應(yīng)閾值分割算法)進(jìn)行圖像分割，得到包含瞬態(tài)火焰區(qū)域的二值化圖像；步驟5：依據(jù)圖像分割的結(jié)果，提取瞬態(tài)火焰前景圖像輪廓，并結(jié)合步驟1中的標(biāo)定數(shù)據(jù)，計算瞬態(tài)火焰面積、周長、最大直徑、平均直徑、平均光密度等參量，其中瞬態(tài)火焰面積的計算方法為：統(tǒng)計出圖像輪廓所包圍的總點(diǎn)數(shù)，乘以單位像素的實(shí)際尺寸的平方；周長的計算方法為：通過統(tǒng)計出圖像輪廓的總點(diǎn)數(shù)，乘以單位像素的實(shí)際尺寸；直徑的計算方法為：首先計算出圖像輪廓所包圍的區(qū)域的質(zhì)心坐標(biāo)，然后遍歷通過該質(zhì)心的所有直線，直線與圖像輪廓的兩個交點(diǎn)之間的長度，乘以單位像素的實(shí)際尺寸得到直徑，統(tǒng)計出所有直徑的最大值即為最大直徑；將所有直徑進(jìn)行累加求出平均值即為平均直徑；平均光密度即圖像輪廓所包圍區(qū)域的總像素灰度值的平均值。參見圖2可以看出：通過所給出的圖像疊加方法，能夠總結(jié)出瞬態(tài)火焰的整體分布規(guī)律；參見圖3可以看出：通過所給出的瞬態(tài)火焰增強(qiáng)方法，能夠有效量化瞬態(tài)火焰區(qū)域，暗化背景區(qū)域，為精確提取瞬態(tài)火焰輪廓奠定基礎(chǔ)。