第1章绪论
1.1引言
随着信息时代的到来，计算机技术和网络技术的不断发展，自动化处理信息的水平也在不断提高。计算机技术渗透到生活和生产的很多领域，图像处理作为一门计算机应用技术在工业、医疗、国防中都得到了广泛应用。
使运动物体的速度越来越快一直是人类长期追求的目标。由最初使用纯粹的体力来抛射物体到制造和使用机械弹射器;随着中国的黑火药的发明，人类开始利用化学火炮或火箭中的化合物炭烧或爆炸来完成各种需要高速度发射的任务。纵观火炮发展史，人们的兴趣也是是如何让弹丸加速到更高的速度。对十火炮来说，弹丸的初速决定其射程的远近。在射程一定的前提下，初速提高会缩短弹丸的飞行时间，这意味着弹丸命中率的提高，电磁炮能在保证高速的前提下准确发射。
电磁轨道炮(简称电磁炮)是电磁发射技术的典型应用，主要是利用电磁力加速目标物体到超高速发射以致将目标摧毁的动能武器系统。固体电枢电磁炮原理图，主要是由内轨道和电枢组成。轨道通过大电流时产生强磁场，在通电的轨道上，电枢在电磁力的作用下沿着图中所示的方向加速前进。理论上固体电枢电磁炮的速度可以达到1. 5-2. Skm/s，等离子电枢电磁炮可以达到更高的速度6km/s。电磁炮原理简单，但实际中影响因素很多。实验中最主要的检测量是速度和电压的变化。电磁炮实验初始阶段研究的主要参数是弹丸的速度。轨道接触面材料的损伤和表面烧蚀是影响了电枢速度的主要因素。接触面的退化损伤导致了固体与固体接触转变成了等离子体接触面，低电压的固态接触转变成高电压的等离子体接触。
电枢封闭在不透明的铜轨道中，电枢在轨道中运行时无法直观测量其状态，因此有必要对电枢的出口状态进行研究，出口瞬间的弧光和电枢的姿态都可以反映电枢在加速过程的状态。电枢在高电压、大电流下瞬间断电，产生的热量使得金属熔化在轨道的表面，轨道的铜表面覆盖了合成物。轨道的烧蚀情况间接的表征电磁发射过程中电枢在轨道中的状态。视觉系统的开发研究使得记录高速物体的瞬间成为可能，高速相机可以实时响应电枢出口的状态，通过对电枢出口来录像研究，图像处理提取电枢，分析其状态。内轨道在发射之后进行图像采集，并对图像进行图像分割，比较这两类图像综合可以判断电磁炮的发射情况和发射性能。
在电磁发射试验过程中，弹丸在膛内的运动速度、电磁轨道电流分布、电磁轨道炮信号控制处理、研究电枢电弧长度及电枢与轨道的消融作用、轨道电极材料的烧蚀等研究工作都需要有关键参数的测量和诊断技术作为基础工具。同时为研究弹丸的膛内运动规律、放电电流峰值大小和脉冲磁场的分布以及评估电磁炮的综合性能等提供重要依据
1.2课题背景及研究的目的和意义
电磁轨道炮的研究在国外最先开始，马歇尔电磁炮是第一个成型的电磁轨道炮。目前国内专家对电磁炮的研究也有所深入，开始制作和研发了大型的实验装置用来加速大质量弹丸到高速，并对电磁炮的特性进行了分析和理论研究，电磁炮的优越性能决定了其在以后的战场上成为主力的可能。电磁炮与传统火炮相比具有绝对的优势，主要体现在
(1)弹丸的速度快，在理论上和技术上可以突破传统化学炮的极限，其可达到3-1 Skm/s，甚至更高。这点可以保证在有限射程内提高射击快速目标的精度。
(2)炮弹体积小，重量轻。电磁炮弹与传统化学炮相比不需要燃料推进剂，减少了炮弹自身重量，在体积和重量上都有优势。
第3章 弹道图像采集.........30-45
3.1 引言......... 30
3.2 高速图像采集系统......... 30-36
3.2.1 氙灯光源......... 31-32
3.2.2 高速摄影中氙灯参数......... 32-33
3.2.3 CCD 高速相机......... 33-35
3.2.4 相机触发电路......... 35-36
3.3 外弹道图像处理 .........36-38
3.3.1 Mean-shift 分割......... 36-37
3.3.2 目标识别与定位......... 37-38
3.4 实验参数及结果......... 38-44
3.4.1 实验概况......... 38-39
3.4.2 实验数据处理......... 39-44
3.5 本章小结......... 44-45
第4章 内轨道烧蚀......... 45-57
4.1 引言......... 45
4.2 轨道烧蚀形成的原因......... 45-46
4.3 图像增强......... 46-47
4.4 轨道图像分割处理......... 47-51
4.4.1 分割结果......... 47-49
4.4.2 Mean Shift 算法......... 49-51
4.5 特征提取......... 51
4.6 实验结果数值......... 51-55
4.6.1 电枢表面纹理......... 51-52
4.6.2 轨道烧蚀形貌......... 52-54
4.6.3 轨道烧蚀程度......... 54-55
4.7 本章小结 .........55-57
结论
本文针对电磁炮的测控系统关键参数测量提出了基十图像处理技术的弹道研究应用。电磁轨道炮测控研究作为当今最为活跃又富有挑战性的研究领域，其研究的重点在膛内的关键参数测量上，对电磁炮外弹道的研究建立在理论的建模和仿真上，将高速摄影分析系统应用在弹道中的研究成果不多，本文主要是将图像处理技术应用在外弹道和轨道烧蚀的研究上，结合能量来分析电磁炮的状态，在研究过程中主要的成果及创新点如下:
(1)以某固体电枢电磁轨道炮发射为研究对象，针对电磁发射过程中外弹道的电枢飞行状态特点，设计了高速相机对电枢出口的图像进行采集和存储的方案，并对采集的图像进行图像分割，进一步完成了对电枢出口飞行状态的测量。实验结果表明:不同能量状态下和不同的轨道上电枢出口的状态不同，弧光的长度也不同，图像记录清晰可靠，达到了对电枢出口状态的测控。
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