一种基于图像特征处理技术的推进剂燃烧产物分析方法

本发明属于图像特征处理，涉及到一种基于图像特征处理技术的推进剂燃烧产物分析方法。

背景技术：

1、随着航空航天技术的快速发展，推进剂燃烧产物分析在火箭发动机、喷气发动机等关键领域的应用越来越广泛，其不仅关乎燃烧效率、污染物排放等重要问题，还对整个航空航天系统的性能、安全和可靠性有着至关重要的影响。因此，开发一种准确、高效且信息丰富的燃烧产物分析方法显得尤为重要。

2、传统推进剂燃烧产物分析方法依赖于化学分析、光谱分析和质谱分析等技术，无法获取燃烧产物的微观形貌、颗粒分布、相组成等物理性质信息的缺陷，限制对燃烧过程和污染物生成机制的深入理解，尽管现有方法已使用先进图像采集技术实时监测推进剂燃烧过程，但针对采集图像特征的分析深度相对浅显、涵盖范围较为单一，主要侧重针对推进剂燃烧火焰以及燃烧烟雾的颜色特征、形状特征以及亮度特征等进行简单分析，不仅无法深入探究燃烧火焰的燃烧效率和燃烧稳定性能，还无法掌握燃烧烟雾的扩散程度以及透明程度情况，此外，现有方法忽略对推进剂燃烧颗粒的细致化动态分析，可能导致无法准确评估推进剂的燃烧质量，进而影响对发动机性能和排放的准确评估。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于图像特征处理技术的推进剂燃烧产物分析方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于图像特征处理技术的推进剂燃烧产物分析方法，包括：s1.推进剂燃烧试验图像采集：利用高分辨率照相设备以及红外热像仪对目标推进剂燃烧试验过程进行实时图像采集，生成目标推进剂的连续燃烧羽流图像序列和连续燃烧羽流热成像序列。

3、s2.推进剂燃烧产物获取：基于目标推进剂的连续燃烧羽流图像序列和连续燃烧羽流热成像序列，获取目标推进剂燃烧产物相关参数，包括燃烧火焰参数、燃烧烟雾参数以及燃烧颗粒参数。

4、s3.推进剂燃烧一级评估：根据目标推进剂燃烧火焰参数分析目标推进剂燃烧的一级评估系数yj。

5、s4.推进剂燃烧二级评估：根据目标推进剂的燃烧烟雾参数分析目标推进剂燃烧的二级评估系数rj。

6、s5.推进剂燃烧三级评估：根据目标推进剂的燃烧颗粒参数分析目标推进剂燃烧的三级评估系数sj。

7、s6.推进剂燃烧质量综合评估：综合目标推进剂燃烧的一、二、三级评估系数,由公式得到目标推进剂的燃烧质量评估系数，其中分别为预设的目标推进剂燃烧的一、二、三级评估系数对应权重占比，若目标推进剂的燃烧质量评估系数大于或等于预设的推进剂燃烧质量评估系数合理阈值，则判定目标推进剂本次燃烧试验合格，反之判定目标推进剂本次燃烧试验不合格，并将目标推进剂本次燃烧试验合格判定结果进行反馈。

8、优选地，所述燃烧火焰参数包括燃烧火焰相对恒态阶段的时长t、燃烧稳定指数β1和燃烧效率指数β2。

9、所述燃烧烟雾参数包括燃烧烟雾的扩散程度指数α1、透明程度指数α2以及基础规范指数α3。

10、所述燃烧颗粒参数包括燃烧颗粒的运动一致度δ1、运动持续度δ2和排放可行度δ3。

11、优选地，所述获取目标推进剂燃烧火焰参数，包括：针对目标推进剂的连续燃烧羽流图像序列中各单位监测时间点的燃烧羽流图像进行预处理和二值化处理，识别提取燃烧羽流图像内的火焰轮廓形态，将其与web云端存储的目标推进剂燃烧试验规定的火焰恒态轮廓标准形态进行比对，得到目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流区域内火焰轮廓的形态重合因子λg1，其中g为各单位监测时间点的编号，g＝1,2,...,n。

12、进一步获取目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流区域内火焰轮廓的长度和宽度，根据web云端存储的目标推进剂燃烧试验规定火焰恒态燃烧状况下的长度阈值与宽度阈值，计算目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流区域内火焰轮廓的尺寸达标因子λg2。

13、由公式φg＝λg1+λg2得到目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流区域内火焰轮廓的恒态达标指数，将其与预设的火焰轮廓恒态达标指数合理阈值进行比对，筛选出目标推进剂的各恒态监测时间点，汇总生成目标推进剂燃烧火焰的相对恒态阶段，统计恒态监测时间点数量m，由公式t＝m*δt0得到目标推进剂燃烧火焰相对恒态阶段时长，δt0为预设的单位监测时间点的间隔时长。

14、优选地，所述获取目标推进剂燃烧火焰参数，包括：提取目标推进剂的连续燃烧羽流图像序列中各恒态监测时间点的燃烧羽流图像内火焰区域，确定其灰度像素平均值和中心点坐标，分别获取各恒态监测时间点与其相邻恒态监测时间点间燃烧羽流图像内火焰区域的灰度像素变化值和中心点位移。

15、构建以时间点为横坐标，以灰度像素变化值为纵坐标的曲线图，导入matlab软件进行函数拟合，得到目标推进剂燃烧火焰相对恒态阶段的亮度变化信号并进行傅里叶变换，生成信号频谱图，将信号频谱图峰值作为目标推进剂燃烧火焰相对恒态阶段的火焰闪烁频率f。

16、筛选各恒态监测时间点与其相邻恒态监测时间点间燃烧羽流图像内火焰区域的中心点位移最大值，将其作为目标推进剂燃烧火焰相对恒态阶段的最大抖动幅值δd。

17、根据web云端存储的目标推进剂燃烧试验规定燃烧火焰的合理抖动幅度阈值d′和合理闪烁频率f′，分析目标推进剂燃烧火焰相对恒态阶段的燃烧稳定指数β1，其计算公式为：e为自然常数。

18、优选地，所述获取目标推进剂燃烧火焰参数，还包括：提取目标推进剂连续燃烧羽流热成像序列中各恒态监测时间点的燃烧羽流热成像，获取目标推进剂各恒态监测时间点的燃烧羽流热成像内火焰区域内各温度分布子区域对应的温度值wij和面积sij，其中i为各恒态监测时间点的编号，i＝1,2,…,m，j为各温度分布子区域的编号，j＝1,2,…,a,根据web云端存储的目标推进剂燃烧实验规定的燃烧火焰合理温度范围，得到目标推进剂燃烧火焰参照温度值w0，利用公式得到目标推进剂燃烧火焰相对恒态阶段的燃烧效率指数，其中δw为预设的燃烧火焰温度合理偏差阈值，a为温度分布子区域数量，wi(j-1)为目标推进剂第i个恒态监测时间点的燃烧羽流热成像内火焰区域内第j-1个温度分布子区域对应的温度值。

19、优选地，所述目标推进剂燃烧的一级评估系数的计算公式为：其中t′为目标推进剂燃烧过程总时长，t′＝n*δt0，n为目标推进剂的连续燃烧羽流图像序列中单位监测时间点数量。

20、优选地，所述获取目标推进剂燃烧烟雾参数，包括：识别提取目标推进剂的连续燃烧羽流图像序列中各单位监测时间点燃烧羽流图像内的烟雾区域，以设定比例关系将烟雾区域像素点数量转换为烟雾区域面积，进而得到目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流图像内的烟雾区域面积qg，利用公式得到目标推进剂燃烧烟雾的扩散程度系数，其中qg+1为目标推进剂第g+1个单位监测时间点燃烧羽流图像内的烟雾区域面积。

21、将目标推进剂各单位监测时间点的燃烧羽流图像内的烟雾区域与背景分割，比对烟雾区域各像素点灰度值与背景像素灰度值，得到目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流图像内烟雾区域各像素点的灰度偏差值hgb，其中b为烟雾区域内各像素点的编号，b＝1,2,...,c，由公式得到目标推进剂燃烧烟雾的透明程度系数，其中c为烟雾区域内像素点数量。

22、将分割后的目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流图像内的烟雾区域转化为rgb颜色空间，获取目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流烟雾区域颜色直方图向量kg，结合web云端存储的目标推进剂燃烧试验规定燃烧烟雾标准颜色直方图向量k′，计算目标推进剂燃烧烟雾的基础规范指数α3，

23、优选地，所述目标推进剂燃烧的二级评估系数的计算公式为：

24、优选地，所述获取目标推进剂燃烧颗粒参数，包括：将目标推进剂的连续燃烧羽流图像序列转化为视频，实时追踪视频内目标推进剂燃烧羽流区域内各燃烧颗粒，获取目标推进剂燃烧羽流区域内各燃烧颗粒的直径以及运动轨迹。

25、将目标推进剂燃烧羽流区域内各燃烧颗粒的运动轨迹导入cad软件中，按照设定轨迹长度将燃烧颗粒的运动轨迹划分为各运动线段，利用cad软件的角度测量工具获取目标推进剂燃烧羽流区域内各燃烧颗粒各运动线段的方位角度θrz，其中r为各燃烧颗粒的编号，r＝1,2,…,u，z为各运动线段的编号，z＝1,2,…,x，进而由公式得到目标推进剂燃烧颗粒的运动一致度，其中τ′为预设的燃烧颗粒运动方向波动因子合理阈值，x为运动线段数量。

26、进一步获取目标推进剂燃烧羽流区域内各燃烧颗粒各运动线段的加速度prz，计算目标推进剂燃烧颗粒的运动持续度δ2，其中p0为目标推进剂燃烧颗粒运动的参照加速度。

27、根据目标推进剂燃烧羽流区域内各燃烧颗粒的直径lr，计算目标推进剂燃烧颗粒的排放可行度δ3，其中l′、u′为预设的推进剂燃烧颗粒排放数量、排放直径的合理阈值，u为目标推进剂燃烧羽流区域内燃烧颗粒数量。

28、优选地，所述目标推进剂燃烧的三级评估系数的计算公式为：

29、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明通过结合目标推进剂各单位监测时间点燃烧羽流区域内火焰轮廓的形态重合因子和尺寸达标因子，筛选出目标推进剂的各恒态监测时间点，汇总生成目标推进剂燃烧火焰的相对恒态阶段，选择该阶段的燃烧火焰相关数据作为代表性分析参数，减少非恒态阶段的不稳定因素对评估结果的影响，有助于提升目标推进剂燃烧的一级评估系数分析结果的准确度和可信度。

30、(2)本发明通过燃烧火焰相对恒态阶段的时长、燃烧稳定指数和燃烧效率指数，综合分析目标推进剂燃烧的一级评估系数，根据火焰燃烧状态展开对目标推进剂燃烧特性的深入探究，揭示目标推进剂燃烧火焰的能量释放程度以及闪烁抖动程度，为目标推进剂的改进和优化提供了有力支持。

31、(3)本发明通过燃烧烟雾的扩散程度指数、透明程度指数以及基础规范指数，综合分析目标推进剂燃烧的二级评估系数，从燃烧烟雾层面为目标推进剂的燃烧特性提供了更全面、实时、深入的评估，深入了解目标推进剂燃烧过程中烟雾生成机制、扩散规律以及与燃烧效率之间的关系等，为进一步优化燃烧过程和提高燃烧效率提供依据。

32、(4)本发明通过燃烧颗粒的运动一致度、运动持续度和排放可行度，综合分析目标推进剂燃烧的三级评估系数，更全面地考虑目标推进剂燃烧过程中颗粒的动态行为和排放效果，完善现有方法在这一层面的缺失，从而减少单一参数评估的片面性和不确定性，提高评估结果的可靠性和可信度，更有效帮助优化推进剂配方、改进燃烧工艺和降低污染物排放等提供指导，有助于目标推进剂燃烧特性的进一步研究和提升。

33、(5)本发明综合目标推进剂燃烧的一、二、三级评估系数，分析目标推进剂的燃烧质量评估系数，判定目标推进剂本次燃烧试验是否合格，并将目标推进剂本次燃烧试验合格判定结果进行反馈，从燃烧火焰、燃烧烟雾以及燃烧颗粒三个角度全面、客观、实时地评估目标推进剂的燃烧质量，并提供有效的反馈和指导，有助于提高目标推进剂的燃烧性能和试验效率。