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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)射物的動能，具有彈丸出膛速度精確可控的優(yōu)勢，在防空、反導(dǎo)以及對地支援方面具有極其廣闊的應(yīng)用前景。隨著對電磁發(fā)射裝置的研究從理論化向工程化不斷邁進，針對電磁發(fā)射裝置及其發(fā)射物的相關(guān)測試技術(shù)逐漸成為研究熱點。

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程，中間彈道飛行姿態(tài)作為超高聲速彈丸設(shè)計參考的重要實驗指標(biāo)，對提升電磁發(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渡到工程階段，對于彈丸中間彈道姿態(tài)的測量基本屬于空白。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2000m/s，同時其射程遠大于傳統(tǒng)火炮，這使得彈丸的姿態(tài)變化不斷在距離上進行累積，影響最終的打擊精度。由于沒有類似于傳統(tǒng)發(fā)射裝置內(nèi)的膛線設(shè)計，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，同時彈丸體積相對較小，因此需要測量精度更高。

在彈丸上搭載傳感器在一定程度上會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彈丸中間彈道姿態(tài)進行測量。高速攝像作為一種非接觸式光學(xué)測量手段，具有測量結(jié)果直觀，測量數(shù)據(jù)后處理方式靈活多樣的優(yōu)點，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)備及實驗成本限制，拍攝得到的彈丸圖像分辨率有限，同時受到發(fā)射過程中的弧光干擾，很難得到清晰的彈丸圖像，為進一步分析彈丸的姿態(tài)造成了很大障礙。數(shù)字圖像增強技術(shù)為提升圖像清晰度與對比度提供了有力工具，一般可以將數(shù)字圖像增強技術(shù)分為空間域增強與變換域增量兩種處理方法。與空間域增強技術(shù)相比，例如傅里葉變換、小波變換等變換域增強技術(shù)可以有效地提升圖像質(zhì)量，但同時也存在計算量較大的缺點。

針對以上問題，基于模糊理論的圖像增強算法得到了快速發(fā)展。J. M. S. Prewitt首次提出將圖像子集看作模糊集的觀點，基于這一觀點，S. A. Pal等學(xué)者提出了基于模糊集合理論的圖像增強算法，該算法將圖像像素點灰度通過非線性變換映射到模糊域中，基于灰度特征確定像素點相對應(yīng)的隸屬度，進一步通過設(shè)定適當(dāng)?shù)拈撝祵ο袼仉`屬度進行迭代變換，最終反變換到灰度場，實現(xiàn)圖像增強的效果。

針對Pal算法中出現(xiàn)的灰度截斷舍去的缺陷，諸多學(xué)者對非線性映射函數(shù)以及閾值確定方法進行了改進。但沒有發(fā)生改變的是，無論使用何種映射方式，數(shù)字圖像中的像素灰度值都對應(yīng)一個確定的隸屬度，而這會降低算法的魯棒性。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確定的值，而處于一個區(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算法的研究目前還比較少，H. R. Tizoosh等學(xué)者基于兩級隸屬度函數(shù)創(chuàng)建了一種新的隸屬度函數(shù)，并將其運用到二型模糊集圖像增強中。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)，從而實現(xiàn)圖像增強，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)測量的需求以及涉及的主要障礙，對中間彈道測試系統(tǒng)以及二型模糊集基礎(chǔ)理論進行了介紹；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)測量方法。由于彈丸運動速度極快，采用高速攝像技術(shù)對飛行中的彈丸進行拍攝，同時鑒于攝像設(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算法以改善圖像對比度及清晰度。

首先，他們對實驗所用測量平臺以及二型模糊集基本理論進行了概述，進一步結(jié)合二型模糊集處理模糊圖像的優(yōu)勢，提出了基于Gamma變換的二型模糊集增強算法，采用劃分圖像子集分區(qū)增強的方法克服圖像中的灰度不均勻現(xiàn)象，并將其應(yīng)用于低對比度實驗圖像中，取得了良好效果。

同時，基于圖像增強結(jié)果，他們運用SUSAN邊緣檢測算子對增強后圖像進行邊緣提取，利用形態(tài)學(xué)操作對提取的邊緣進行細化，并利用基于最小二乘原理的多項式函數(shù)進行擬合，得到彈丸邊緣在圖像坐標(biāo)系中的函數(shù)表達式，據(jù)此得出彈丸的水平姿態(tài)角度。最后，通過設(shè)計仿真進一步驗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》，論文標(biāo)題為“電磁發(fā)射裝置彈丸彈道姿態(tài)測量”，作者為李松乘，魯軍勇，程龍，李湘平。