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電磁發(fā)射不同于傳統(tǒng)發(fā)射技術(shù)，其可將電磁能轉(zhuǎn)換為被發(fā)射物的動(dòng)能，具有彈丸出膛速度精確可控的優(yōu)勢(shì)，在防空、反導(dǎo)以及對(duì)地支援方面具有極其廣闊的應(yīng)用前景。隨著對(duì)電磁發(fā)射裝置的研究從理論化向工程化不斷邁進(jìn)，針對(duì)電磁發(fā)射裝置及其發(fā)射物的相關(guān)測(cè)試技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn)。

電磁軌道發(fā)射裝置的中間彈道是指彈丸出膛后，彈拖、電樞與彈丸分離的過(guò)程，中間彈道飛行姿態(tài)作為超高聲速?gòu)椡柙O(shè)計(jì)參考的重要實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)提升電磁發(fā)射裝置打擊精確度具有重要意義。

由于電磁發(fā)射裝置剛由理論階段過(guò)渡到工程階段，對(duì)于彈丸中間彈道姿態(tài)的測(cè)量基本屬于空白。與傳統(tǒng)火炮不同的是，電磁發(fā)射裝置彈丸發(fā)射速度更高，可達(dá)2000m/s，同時(shí)其射程遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)火炮，這使得彈丸的姿態(tài)變化不斷在距離上進(jìn)行累積，影響最終的打擊精度。由于沒(méi)有類似于傳統(tǒng)發(fā)射裝置內(nèi)的膛線設(shè)計(jì)，彈丸出膛后不存在自旋，導(dǎo)致彈丸姿態(tài)可能有較大變化，同時(shí)彈丸體積相對(duì)較小，因此需要測(cè)量精度更高。

在彈丸上搭載傳感器在一定程度上會(huì)改變彈丸重心等物理特性，因此一般采用高速攝像的非接觸方法對(duì)彈丸中間彈道姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量。高速攝像作為一種非接觸式光學(xué)測(cè)量手段，具有測(cè)量結(jié)果直觀，測(cè)量數(shù)據(jù)后處理方式靈活多樣的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電磁軌道發(fā)射裝置膛內(nèi)關(guān)于固體電樞的觀察與測(cè)量。

由于發(fā)射彈丸速度快，彈丸體積較小，受高速攝像設(shè)備及實(shí)驗(yàn)成本限制，拍攝得到的彈丸圖像分辨率有限，同時(shí)受到發(fā)射過(guò)程中的弧光干擾，很難得到清晰的彈丸圖像，為進(jìn)一步分析彈丸的姿態(tài)造成了很大障礙。數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)為提升圖像清晰度與對(duì)比度提供了有力工具，一般可以將數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)分為空間域增強(qiáng)與變換域增量?jī)煞N處理方法。與空間域增強(qiáng)技術(shù)相比，例如傅里葉變換、小波變換等變換域增強(qiáng)技術(shù)可以有效地提升圖像質(zhì)量，但同時(shí)也存在計(jì)算量較大的缺點(diǎn)。

針對(duì)以上問(wèn)題，基于模糊理論的圖像增強(qiáng)算法得到了快速發(fā)展。J. M. S. Prewitt首次提出將圖像子集看作模糊集的觀點(diǎn)，基于這一觀點(diǎn)，S. A. Pal等學(xué)者提出了基于模糊集合理論的圖像增強(qiáng)算法，該算法將圖像像素點(diǎn)灰度通過(guò)非線性變換映射到模糊域中，基于灰度特征確定像素點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的隸屬度，進(jìn)一步通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)拈撝祵?duì)像素隸屬度進(jìn)行迭代變換，最終反變換到灰度場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)的效果。

針對(duì)Pal算法中出現(xiàn)的灰度截?cái)嗌崛サ娜毕?，諸多學(xué)者對(duì)非線性映射函數(shù)以及閾值確定方法進(jìn)行了改進(jìn)。但沒(méi)有發(fā)生改變的是，無(wú)論使用何種映射方式，數(shù)字圖像中的像素灰度值都對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的隸屬度，而這會(huì)降低算法的魯棒性。為此L. A. Zadeh在模糊集（一型模糊集）的基礎(chǔ)上引入二型模糊集，其隸屬度不再是一個(gè)確定的值，而處于一個(gè)區(qū)間內(nèi)，將模糊理論從二維空間提升到了三維空間。

關(guān)于二型模糊集圖像增強(qiáng)算法的研究目前還比較少，H. R. Tizoosh等學(xué)者基于兩級(jí)隸屬度函數(shù)創(chuàng)建了一種新的隸屬度函數(shù)，并將其運(yùn)用到二型模糊集圖像增強(qiáng)中。T. Chair等學(xué)者提出利用Hamcher T余模集合算子，基于二型模糊集隸屬度函數(shù)上界與下界構(gòu)建新的隸屬度函數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，取得了較好的效果。

在上述研究的基礎(chǔ)上，海軍工程大學(xué)的研究人員首先闡述了電磁發(fā)射中彈丸姿態(tài)測(cè)量的需求以及涉及的主要障礙，對(duì)中間彈道測(cè)試系統(tǒng)以及二型模糊集基礎(chǔ)理論進(jìn)行了介紹；然后，提出了一種基于高速攝像技術(shù)及數(shù)字圖像后處理技術(shù)的彈丸姿態(tài)測(cè)量方法。由于彈丸運(yùn)動(dòng)速度極快，采用高速攝像技術(shù)對(duì)飛行中的彈丸進(jìn)行拍攝，同時(shí)鑒于攝像設(shè)備硬件以及拍攝條件限制，提出一種基于伽馬變換以及二型模糊集的圖像增強(qiáng)算法以改善圖像對(duì)比度及清晰度。

首先，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量平臺(tái)以及二型模糊集基本理論進(jìn)行了概述，進(jìn)一步結(jié)合二型模糊集處理模糊圖像的優(yōu)勢(shì)，提出了基于Gamma變換的二型模糊集增強(qiáng)算法，采用劃分圖像子集分區(qū)增強(qiáng)的方法克服圖像中的灰度不均勻現(xiàn)象，并將其應(yīng)用于低對(duì)比度實(shí)驗(yàn)圖像中，取得了良好效果。

同時(shí)，基于圖像增強(qiáng)結(jié)果，他們運(yùn)用SUSAN邊緣檢測(cè)算子對(duì)增強(qiáng)后圖像進(jìn)行邊緣提取，利用形態(tài)學(xué)操作對(duì)提取的邊緣進(jìn)行細(xì)化，并利用基于最小二乘原理的多項(xiàng)式函數(shù)進(jìn)行擬合，得到彈丸邊緣在圖像坐標(biāo)系中的函數(shù)表達(dá)式，據(jù)此得出彈丸的水平姿態(tài)角度。最后，通過(guò)設(shè)計(jì)仿真進(jìn)一步驗(yàn)證了該算法的有效性，仿真結(jié)果顯示該算法具有較高精確度，可基本滿足測(cè)試需求。

以上研究成果發(fā)表在2020年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電磁發(fā)射裝置彈丸彈道姿態(tài)測(cè)量”，作者為李松乘，魯軍勇，程龍，李湘平。