CN104849241A - 推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种通过图像处理方法对推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法。本方法通过对推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统获取的被已知透过率的衰减片遮挡的光学背景图像进行图形处理，根据光学背景中黑、白色区的灰度及其分布特征，通过数学模型处理，消除环境因素对测量结果中烟雾场的光透过率的影响。相对于推进剂烟雾的点测量方式，推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的测试对象面积较大，且处于相对开放的测试环境中，常规的抗干扰降低噪声的手段效果无法使用，采用该方法将有效的提高测试系统的测试精度。

Description

推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法

技术领域

本发明涉及一种通过图像处理方法对推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法，可对基于图像的烟雾遮蔽能力测试系统的校准，优化系统设置，提高测试结果的准确性。

背景技术

固体推进剂产生的烟雾场会衰减微波、激光及红外等制导信号，影响导弹的跟踪、识别和命中精度，因而推进剂烟雾光遮蔽能力是推进剂特征信号的一个重要参数。

传统的烟雾光学透过率测试方法属于点测试，光束穿过烟雾，光电传感器将其接收并将光强度转化为电信号进行记录，计算烟雾的光透过率。在系统中可通过光源进行调制以及衰减片标定，降低杂散光对测试系统的影响，提高测试结果的准确性。

推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统，是利用图像传感器，记录发动机在工作冲程红产生烟雾场对光学背景影响的图像序列，然后进行图像处理，获得烟雾遮蔽效果的光遮蔽率。在该系统中，由于测试环境通常在室外，光学背景和光传感器都会受到环境光的印象，传统的调制光源方法，无法消除环境光对测试系统精度的影响；衰减片标定的结果也会受到环境光的影响。因此需要采用一种新的校准方法，能降低环境光对测试系统的影响，对系统进行校准，保证测试结果的准确性。

发明内容

为了解决现有技术的不足和缺陷，本发明提出一种推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法，能够推进剂烟雾遮蔽能力测试系统进行较准，优化系统参数设置，并对测试结果进行校准，降低环境光对测试结果的影响，提高测试结果的准确性，该方法适用于推进剂烟雾(红外、可见、0.808μm激光)光遮蔽能力测试系统的校准。

本发明提供的推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法，测试系统中的光学背景板需为黑白相间的条纹；检定时需配备一组已知透过率的衰减片，衰减片最少不得小于3片，且透过率间隔尽量均匀。

校准原理：光束通过烟雾时存在散射和吸收，透过率受许多因素的影响。在透过率测试中以能量守恒定律为依据，以光入射前与透射后的能量为基础来计算透过率。测试依据的基本原理是朗伯-贝尔定律，测试光透过烟雾后的光强与透过前的光强，其比值即为透过率又称透射系数或透射率。如下式所示：

$\mathrm{\τ}=\frac{I}{I_0}---\left(1\right)$

其中τ为透过率；I₀为入射到介质的光强；I为从介质中透射出的光强。

在实际测量中一般将光强度转换为电学量测量。本专利使用靶板作为参照背景，用摄像机获取靶板视频，烟雾下的靶板灰度值明显改变，通过灰度值表征光强度，进而计算烟雾对光的透过率：

$\mathrm{\τ}=\frac{I}{I_0}=\frac{G}{G_0}---\left(2\right)$

其中G为烟雾遮挡下拍摄的靶板图像的中靶板的灰度值，G₀为无烟雾状态下靶板图像中靶板的灰度值。这里τ是各像素点透过率的集合。

校准方法步骤：

(a)使用一组已知透过率分别为τ(1)、τ(2)…τ(n)的衰减片依次对测试系统的光学镜头进行遮挡，测试系统分别记录镜头被镜头盖全遮挡的图像P₀和被不同衰减片遮挡后的光学背景图像P₁、P₂、…P_n以及无遮挡时的光学背景图像P_n+1；

(b)将图像序列P₀、P₁、P₂、…P_n、P_n+1进行统一裁剪操作，去除光学背景以外的部分图像，并转为灰度图像，形成新的图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n、F_n+1；若无光学背景以外部分图像，可直接转换为灰度图像；

(c)利用图像F_n+1中的黑白色块对图像F_n+1分区，将图像F_n+1划分成分区阵列A_ij，保证每个分区内图像基本为纯色色块；

(d)计算图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n、F_n+1在分区阵列A_ij区域内的平均灰度M(k，i，j)；其中参数k表示图像F_k的序列号，参数i、j表示在图像F_k的分区阵列A_ij中的位置；

(e)计算图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n、F_n+1中各区域的透过率

(f)利用噪声对黑白色块的透过率影响的不同，利用分区阵列A_ij中相邻的异色区域对本区域的透过率作修正，得到τ′(k，i，j)；

(g)利用分区阵列A_ij区域的修正透过率τ′(k，i，j)和已知衰减透过率0，τ(1)、τ(2)…τ(n)、100％分段拟合出分区阵列A_ij区域的校准曲线Y(i，j)＝m·X(i，j)+k；

(h)根据步骤(g)获取的分区阵列A_ij区域的校准曲线Y(i，j)＝m·X(i，j)+k判断系统响应特性；若理想，可直接进行步骤(j)；若不理想，对测试系统进行调整，重复步骤(a)～(h)；

(i)利用步骤(g)获取的分区阵列A_ij区域的校准曲线Y(i，j)＝m·X(i，j)+k对测试系统的测试结果中对相应区域透过率进行校准。

本发明的优点：1.所需设备简单，除测试系统外，仅需一组已知透过率的衰减片。2.利用测试系统中的光学背景，有效的抑制了杂散光对标定结果的影响。3.采用了灵活的分区方法，可在空间分辨率和算法效率中取得良好的平衡。

附图说明

图1测试系统的光学背景图像

图2光学背景分区阵列图像

图3校正曲线图

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的解释说明。

(1)使用一组已知透过率10％、20％、30％、…90％衰减片依次对测试系统的光学镜头进行遮挡，测试系统分别记录镜头被镜头盖全遮挡的图像P₀和镜头被不同衰减片遮挡后的光学背景图像P₁、P2、…P₉以及镜头无遮挡时的光学背景图像P₁₀。

(2)将图像序列P₀、P₁、P2、…P₉、P₁₀进行统一裁剪操作，去除光学背景以外的部分图像，并转为灰度图像，形成新的图像序列F₀、F₁、F₂、…F₉、F₁₀；

(3)利用图像F₁₀中的黑白色块对图像F₁₀分区，将图像F₁₀划分成4X9分区阵列，如图2所示；

(4)计算图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n在分区阵列A_4,3区域内的平均灰度M(k，i，j)；其中k＝0,1,2,…10；i＝0,1,2,3；j＝0,1,2…10

(5)计算图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n中各区域的透过率其中k＝0,1,2,…10；i＝0,1,2,3；j＝0,1,2…10

(6)利用噪声对黑白色块的透过率影响的不同，利用分区阵列A_ij中相邻的异色区域对 本区域的透过率作修正，得到τ′(k，i，j)；其中k＝0,1,2,…10；i＝0,1,2,3；j＝0,1,2…10

(7)利用列区域A_0，0的修正透过率τ′(0，0，0)、τ′(1，0，0)…τ′(10，0，0)和已知衰减透过率10％、20％、30％、…90％分段拟合出分区阵列A_0，0区域的校准曲线如图3；其他区域的校准曲线按照区域A_0，0绘制方法进行。

(8)根据步骤(7)获取的分区阵列A_ij区域的校准曲线线性较好，可直接进行步骤(9)。

(9)利用步骤(7)获取的分区阵列校准曲线对测试系统的测试结果中对相应区域透过率进行校准。

Claims (3)

1.一种推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法，其特征在于步骤如下：

(a)使用一组已知透过率分别为τ(1)、τ(2)…τ(n)的衰减片依次对测试系统的光学镜头进行遮挡，测试系统分别记录镜头被镜头盖全遮挡的图像P₀和被不同衰减片遮挡后的光学背景图像P₁、P₂、…P_n以及无遮挡时的光学背景图像P_n+1；

(b)将图像序列P₀、P₁、P₂、…P_n、P_n+1进行统一裁剪操作，去除光学背景以外的部分图像，并转为灰度图像，形成新的图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n、F_n+1；若无光学背景以外部分图像，可直接转换为灰度图像；

(c)利用图像F_n+1中的黑白色块对图像F_n+1分区，将图像F_n+1划分成分区阵列A_ij，保证每个分区内图像基本为纯色色块；

(d)计算图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n、F_n+1在分区阵列A_ij区域内的平均灰度M(k，i，j)；其中参数k表示图像F_k的序列号，参数i、j表示在图像F_k的分区阵列A_ij中的位置；

(e)计算图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n、F_n+1中各区域的透过率

(f)利用噪声对黑白色块的透过率影响的不同，利用分区阵列A_ij中相邻的异色区域对本区域的透过率作修正，得到τ′(k，i，j)；

(g)利用分区阵列A_ij区域的修正透过率τ′(k，i，j)和已知衰减透过率0，τ(1)、τ(2)…τ(n)、100％分段拟合出分区阵列A_ij区域的校准曲线Y(i，j)＝m·X(i，j)+k；

(h)根据步骤(g)获取的分区阵列A_ij区域的校准曲线Y(i，j)＝m·X(i，j)+k，判断系统响应特性；若理想，可直接进行步骤(j)；若不理想，对测试系统进行调整，重复步骤(a)～(h)；

(i)利用步骤(g)获取的分区阵列A_ij区域的校准曲线Y(i，j)＝m·X(i，j)+k对测试系统的测试结果中对相应区域透过率进行校准。

2.根据权利要求1所述的推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法，其特征在于步骤(a)中所述一组已知透过率分别为τ(1)、τ(2)…τ(n)的衰减片，n不小于3，且τ(1)、τ(2)…τ(n)间隔均匀。

3.根据权利要求1所述的推进剂烟雾光遮蔽能力测试系统的校准方法，其特征在于步骤(d)中计算图像序列F₀、F₁、F₂、…F_n、F_n+1在分区阵列A_ij区域内的平均灰度M(k，i，j)时，图像F_n+1中相应区域A_ij存在异色的像素不参与计算。