终点弹道测试中的脉冲X射线图像处理技术
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摘要
论文详细阐述了基于数字图像处理技术的终点弹道试验中参数测量与分析及其实现方法，降低了人工测量的劳动强度，提高了参数测量的准确性。
首先分析确定了需要测定的参数、合理设计试验方案并得到X射线图像，在此基础上建立了一套X射线图像处理与破片参数测量系统。在图像增强处理中，提出了基于中值滤波和高斯滤波的中值—平滑滤波方法；在图像分割中，采用改进的Sobel算子实现基于边缘的图像分割，并且利用迭代算法实现了最优阈值分割；在图像参数测量中，实现了对破片面积、速度的测量，并提出求取质量参数的方法。最后，对试验得到的两个通道的X射线图像进行处理与分析，测得破片的最大初速度与先前研究人员利用其他方法测量的该值基本吻合，本系统在一定程度上满足了终点弹道参数测量与分析的需要。
The paper elaborates on the parameters measurement and analysis as well as the methods of its realization for terminal ballistic test based on digital image processing technology. These can lighten the labor intensity of manual measuring and improve the accuracy of parameters measurement.
Above all, the parameters are ascertained after the analysis and the test project is designed suitably in order to obtain the X-ray image, based on which a system of X-ray image processing and fragment parameters measurement is set up. The method of median-smooth filter which is based on median filter and Gauss filter is provided in image enhancement processing. Then the improved Sobel operator is adopted to achieve image segment based on the edge detection and the optimal threshold segment is implemented by iterative algorithm in image segment. And thereafter the areas and velocities of fragments are measured. Moreover, a means for the mass parameter is provided in the image parameters measurement. In the end a couple of X-ray images are processed and analyzed, and then the maximum of muzzle velocity is basically in agreement with the figure obtained by other experimental method. To some extent the system can satisfy the needs of parameters measurement in the terminal ballistic study.
首先分析确定了需要测定的参数、合理设计试验方案并得到X射线图像，在此基础上建立了一套X射线图像处理与破片参数测量系统。在图像增强处理中，提出了基于中值滤波和高斯滤波的中值—平滑滤波方法；在图像分割中，采用改进的Sobel算子实现基于边缘的图像分割，并且利用迭代算法实现了最优阈值分割；在图像参数测量中，实现了对破片面积、速度的测量，并提出求取质量参数的方法。最后，对试验得到的两个通道的X射线图像进行处理与分析，测得破片的最大初速度与先前研究人员利用其他方法测量的该值基本吻合，本系统在一定程度上满足了终点弹道参数测量与分析的需要。
The paper elaborates on the parameters measurement and analysis as well as the methods of its realization for terminal ballistic test based on digital image processing technology. These can lighten the labor intensity of manual measuring and improve the accuracy of parameters measurement.
Above all, the parameters are ascertained after the analysis and the test project is designed suitably in order to obtain the X-ray image, based on which a system of X-ray image processing and fragment parameters measurement is set up. The method of median-smooth filter which is based on median filter and Gauss filter is provided in image enhancement processing. Then the improved Sobel operator is adopted to achieve image segment based on the edge detection and the optimal threshold segment is implemented by iterative algorithm in image segment. And thereafter the areas and velocities of fragments are measured. Moreover, a means for the mass parameter is provided in the image parameters measurement. In the end a couple of X-ray images are processed and analyzed, and then the maximum of muzzle velocity is basically in agreement with the figure obtained by other experimental method. To some extent the system can satisfy the needs of parameters measurement in the terminal ballistic study.
引文
1 赵文宣．终点弹道学．兵器工业出版社，1985
2 张洪海．膛内火药颗粒运动X光摄影的图像处理及分析[硕士学位论文]．南京：南京理工大学，2000
3 沈庭芝，方子文．数字图像处理及模式识别．北京理工大学出版社，1998
4 夏良正．数字图像处理．南京：东南大学出版社，1999
5 容观澳．计算机图像处理．北京：清华大学出版社，2000
6 吴世法．近代成象技术与图象处理．北京：国防工业出版社，1996
7 归明月．小口径榴弹定向杀伤技术的理论和试验分析[硕士学位论文]．南京：南京理工大学，2004
8 章毓晋．图像工程(上册)．北京：清华大学出版社，2002
9 弗朗西斯·詹姆特(法)，盖斯达夫·托默．高速辐射摄影．北京：国防工业出版社，1980
10 Milan Sonka, Vaclav Hlavac, Roger Boyle. Image Processing,Analysis, and Machine Vision(Sedcond Edition). Thomson Brooks/Cole, 2002
11 郁卫飞，李玉巧．射线图象数字化处理．无损检测，1998(7)：193—195
12 夏德深，傅德胜．现代图像处理技术与应用．南京：东南大学出版社，2001
13 刘榴娣，刘明奇，党长民．实用数字图像处理．北京：北京理工大学出版社，1998
14 陈廷标，夏良正．数字图象处理．人民邮电出版社，1990
15 Thomas A Nodes. Median Filters: Some Modifications and Their Properties. IEEE Trans on Acoust, Speech and Signal Processing, 1982, ASSP—30(5): 739—746
16 Galagher N C, Wise G L. A Theoretical Analysis of the Properties of Median Filters. IEEE Trans on Acoust, Speech and Signal Processing,1981,ASSP—29(6): 1136—1141
17 张丽，陈志强，赵自然，刘胤兵．一种快速中值滤波算法在集装箱检查系统中的应用．核电子学与探测技术，2002(4)：317—319
18 刑藏菊，王守觉，邓浩江，罗予晋．一种基于极值中值的新型滤波算法．中国图象图形学报，2001(6)：533—536
19 Sun T, Neuvo Y. Detail-preserving median based filters in image
processing. Pattern Recognit. Lett, 1994, 15: 341—347
20 Brownrigg D R K. The weighted median filter.Commun. Ass. Comput. Mach., 1984, 27(8): 807—818
21 吕同富，刘宝军，毕秀芝．图像边缘提取的简单算法及应用．计算机仿真，2003(4)：99—101
22 李琦，傅俊诚，李自勤，孙剑峰，王骐．激光雷达含噪图像边缘检测算法比较．红外与激光工程，2003(6)：239—243
23 吴剑锋，林强．一种图像边缘检测的新算法．福州大学学报(自然科学版)，2000(8)：26—28
24 佘新平，朱立．一种具有抗噪声干扰的图像边缘提取算法的研究．电子技术应用，1999(1)：9—10
25 周全，熊坚．靶丸目标图象预处理．光电工程，1999(5)：43—47
26 付峰，应义斌．生物图像阈值分割方法的研究。浙江大学学报(农业与生命科学版)，2003(1)：108—112
27 Nikhil R P, Sankar K P.A review of image segmentation techniques. Pattern Recognition, 1993,26(9), 1277—1294
28 Sahoo P K, Soltanti S, Wong A K, Chen Y C. A survey of the Thresholding techniques. Computer Vision Graphics Image Process, 1988, 41(2): 233—260
29 柯行斌，王汝传．白细胞图像分割的研究与实现．南京邮电学院学报，2003(9)：53—56
30 吴冰，秦志远．自动确定图像二值化最佳阈值的新方法．测绘学院学报，2001(4)：283—286
31 刘胜利，贾传荧等．一种仪表图像整体阈值分割方法．测量技术，2003(10)：5—7，15
32 王茜蒨，彭中等．一种基于自适应阈值的图像分割方法．北京理工大学学报，2003(8)：521—524
33 陈果，左洪福．图像分割的二维最大熵遗传算法．计算机辅助设计与图形学学报，2002(6)：530—534
34 王厚大，梁栋，杨恒新．自动阈值选取的两种算法．南京邮电学院学报，2002(4)：85—88，94
35 王耀明，董建萍等．图象阈值分割的统计迭代算法．桂林电子工业学院学报，2000(2)：6—8
36 赵荣椿．数字图像处理导论．西安：西北工业大学出版社，2000
37 崔屹．数字图像处理技术与应用．北京：电子工业出版社，1997
38 杨岩，李晖．数学形态学在定量金相分析中的应用．重庆工学院学报，2002(3)：52—55
39 吴丹，刘修国等．数学形态学在图像处理与分析中的应用及展望．工程图学学报，2003(2)：120—125
40 孙宗保，蔡健荣等．数学形态学在计算机图像处理技术检测粒度中的应用．计算机测量与控制，2003(9)：665—667，675
41 左奇，史忠科．一种基于数学形态学的实时车牌图象分割方法．中国图象图形学报，2003(3)：281—285
42 刘志敏，杨杰，施鹏飞．数学形态学的细化算法．上海交通大学学报，1998(9)：15—19
43 陈岚岚，毕笃彦．数学形态学在图像处理中的应用．现代电子技术，2002(8)：18—20
44 戴青云，余英林．数学形态学在图象处理中的应用进展．控制理论与应用，2001(4)：478—481
45 王平，牟轩沁等．数字X射线图象的成象分析及校正．中国图象图形学报，2001(2)：148—151
46 徐先泉，董天华等．利用微机图像处理进行骨X线密度测量的研究．中华骨科杂志，1996(12)：784—786
47 严蔚敏，吴伟民．数据结构．北京：清华大学出版社，1997
48 张岳新．Visual C++程序设计．苏州：苏州大学出版社，2002
49 徐晓刚，高兆法等．Visual C++6．0入门与提高．北京：清华大学出版社，1999
50 杨淑莹．VC++图像处理程序设计．北京：清华大学出版社，2003
51 Eugene Olafsen，Kenn Scribner等．MFC Visual C++6编程技术内幕．北京：机械工业出版社，2000
52 何斌，马天予等．Visual C++数字图像处理(第二版)．北京：人民邮电出版社，2002
2 张洪海．膛内火药颗粒运动X光摄影的图像处理及分析[硕士学位论文]．南京：南京理工大学，2000
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24 佘新平，朱立．一种具有抗噪声干扰的图像边缘提取算法的研究．电子技术应用，1999(1)：9—10
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49 徐晓刚，高兆法等．Visual C++6．0入门与提高．北京：清华大学出版社，1999
50 杨淑莹．VC++图像处理程序设计．北京：清华大学出版社，2003
51 Eugene Olafsen，Kenn Scribner等．MFC Visual C++6编程技术内幕．北京：机械工业出版社，2000
52 何斌，马天予等．Visual C++数字图像处理(第二版)．北京：人民邮电出版社，2002