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基于图像的烟雾浓度检测技术研究
摘 要
论文基于图像处理方法开展烟雾浓度检测技术研究，针对火炮炮口烟雾浓度形成机
理及其检测方法，设计实现火炮炮口烟雾浓度检测系统。
烟雾检测技术主要分为基于图像检测与基于激光检测两种，分别通过对烟雾图像与
激光穿透性的研究实现烟雾检测，广泛应用于火灾检测、工业环保、军事领域。现代战
争中，常规武器系统在发射过程中产生的烟焰越少越好。因此，保证火炮能量充足的前
提下，对烟雾浓度进行检测可以为发射药的研究提供重要的参考依据。
论文通过研究基于图像的烟雾检测理论和基于激光的烟雾检测理论，根据 Mie 散射
理论模型和朗伯—比尔(Lambert—Beer)定律建立烟雾动态模型，分析目前基于烟雾本身
特征、多光谱图像的烟雾检测技术和基于光偏振特性、光后向散射的烟雾检测技术，进
行消光系数的表述与计算等，结合发射药的燃烧特性以及烟雾产生的机理，提出了基于
图像处理和激光相结合的烟雾浓度检测方案，设计了基于高速摄影的图像和激光相结合
的烟雾检测系统，搭建了信号获取及调理电路，以及同步触发电路。
实验选用 650nm、780nm、850nm、980nm 四种激光器搭建激光穿透性实验平台，
研究了四种不同波长激光器在不同光程下的烟雾穿透实验，为炮口烟雾检测时激光器的
选择提供依据，研究结果表明 980nm 激光器穿透性最强，符合激光在大气的传输特性；
采用摄像机搭建烟雾图像和激光检测相结合的实验平台，研究了基于 MATLAB 的图像
灰度值的处理方法，通过对图像灰度值的处理和激光透过率的分析，建立了图像灰度值
和烟雾浓度的关系，最终实现检测烟雾浓度的目的。
关键词：烟雾浓度，激光检测，透过率，图像处理，灰度值
Research on a Smoke Concentration Detection Technology based
on Image Processing
Abstract
This Paper carried out the smoke concentration detection techniques based on image
processing method, the formation mechanism and detection methods for artillery muzzle
smoke concentration, and designed an artillery muzzle smoke concentration detection system,
for the formation mechanism and detection methods of artillery muzzle smoke concentration.
The smoke detection technology is divided into two kinds of image detection and
laser-based detection, respectively, through the study of smoke image and the laser
penetrating to detect the smoke, which is widely used in fire detection, industrial
environmental protection, the military field. In modern warfare, smoke and flame of
conventional weapons system during launch are produced as little as possible. Therefore,
under the premise of ensuring sufficient energy for the artillery, smoke concentration
detection can provide important reference for the study of