[發(fā)明專利]基于高速攝影系統(tǒng)的沖擊波超壓場測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110722396.0
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113514182B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張穎;劉曉宇;楊建宏;常慶;王正軍;康怡然;趙繼紅;熊云
• 申請（專利權(quán)）人: 西安航天動力測控技術(shù)研究所
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G06F17/16;G06T7/13;G06T7/62;G06T7/90
• 代理公司: 西安匠星互智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 陳星

本發(fā)明提出一種基于高速攝影系統(tǒng)的沖擊波超壓場測量方法，實現(xiàn)了將高速攝影系統(tǒng)采集到的沖擊波波陣面轉(zhuǎn)換成了可進行數(shù)值計算的數(shù)值問題，并通過邊緣檢測、提取和數(shù)據(jù)篩選算法提取到了有效波陣面時間?距離曲線，計算得到?jīng)_擊波傳播速度，最后通過擬合得到?jīng)_擊波場的建立。本發(fā)明提出的算法優(yōu)化了僅使用邊緣檢測帶來的無關(guān)信息干擾，從圖像中提取處了有效的沖擊波波陣面曲線，并給出了切實可行的邊緣提取算法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于高速攝影系統(tǒng)的非接觸測量沖擊波超壓場的測量方法。屬于沖擊波超壓測試及數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域。

背景技術(shù)

沖擊波超壓測試是各類殉爆等安全性試驗考核中常見的測試需求，常規(guī)測量方法是以爆心為圓心，在被試件周圍由近及遠布設(shè)超壓傳感器，爆炸后沖擊波傳播過程中會通過超壓傳感器感壓面，從而記錄該傳感器布設(shè)位置處，該時刻點的沖擊波超壓數(shù)值，試驗后將數(shù)據(jù)回收，根據(jù)采集到的各個點出的沖擊波超壓數(shù)值進行數(shù)據(jù)擬合得到?jīng)_擊波超壓數(shù)據(jù)場。

傳感器測量方法是現(xiàn)在測量沖擊波超壓的主要方法，該方法可以獲得殉爆點近場的有效數(shù)據(jù)，可進行沖擊波超壓數(shù)據(jù)場分析。但是傳感器測量方法存在以下問題：1、傳感器布設(shè)的方向、高度及角度對測試數(shù)據(jù)準確性存在較大影響；2、需要為傳感器設(shè)計專用工裝，安裝難度大；3、因傳感器均布設(shè)在近場位置處，被測點反應(yīng)產(chǎn)生的試驗碎片、石塊等物品對測量可能產(chǎn)生不可控影響；4、試驗環(huán)境惡劣，傳感器存在較大損壞的可能性，會導(dǎo)致試驗數(shù)據(jù)獲得率達不到100％且試驗成本增加。

在殉爆等需要進行沖擊波超壓采集的試驗中，高速攝像系統(tǒng)作為輔助測量手段進行被測產(chǎn)品觀測和視頻數(shù)據(jù)采集，采集到的視頻及圖片數(shù)據(jù)中可以觀測到?jīng)_擊波波陣面的傳播，因此通過對高速攝影系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行分析提取來進行沖擊波超壓數(shù)據(jù)測試，具有良好的數(shù)據(jù)條件，同時高速攝影系統(tǒng)架設(shè)距離爆心較遠，不受試驗時環(huán)境影響，且采集數(shù)據(jù)完整，對沖擊波超壓數(shù)據(jù)分析提供了可靠基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

沖擊波超壓測試目前均采取沖擊傳感器近點測試方法，該方法存在傳感器損壞、傳感器支架擺設(shè)位置限制、試驗品碎片等多重不可控因素干擾，測試成本高，數(shù)據(jù)獲得率不能達到100％等問題。

高速攝影系統(tǒng)在沖擊波超壓測試中的應(yīng)用，可以獲取到?jīng)_擊波波陣面?zhèn)鞑サ囊曨l數(shù)據(jù)，目前僅將高速攝影系統(tǒng)用于提供數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)從高速攝影系統(tǒng)獲取的沖擊波視頻數(shù)據(jù)中計算沖擊波超壓場計算，本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題包括：

1、采用高速攝影系統(tǒng)拍攝的沖擊波傳播視頻，如何將可視化視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可進行數(shù)值計算的數(shù)值數(shù)據(jù)。

2、沖擊波波陣面數(shù)據(jù)識別問題：如何在視頻中，將沖擊波傳播的波陣面從視頻中分離出來，轉(zhuǎn)換為時間——距離曲線。

3、如何通過沖擊波波陣面的時間——距離曲線獲得沖擊波不同時刻點距離——速度曲線。

4、如何通過沖擊波距離——速度曲線計算各個時刻沖擊波超壓場數(shù)據(jù)。

5、如何將計算得到的沖擊波超壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為沖擊波超壓場特性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

所述一種基于高速攝影系統(tǒng)的沖擊波超壓場測量方法，包括以下步驟：

步驟1：拍攝沖擊波超壓測試視頻，獲取完整的沖擊波傳播畫面，獲取的圖像中，圖像坐標系的橫坐標平行于地平線，縱坐標為高度方向；

步驟2：提取沖擊波波陣面：

步驟2.1：在高速攝像系統(tǒng)采集到的沖擊波傳播圖像中，選擇沖擊波波陣面與爆炸所產(chǎn)生的火球煙霧完全分離的圖像作為處理圖像；

步驟2.2：將所述處理圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像；

步驟2.3：采用邊緣檢測方法對灰度圖像進行邊緣檢測提取，得到邊緣圖像；