现代战争对战斗部的杀伤威力和毁伤效应提出了更高要求,世界各国都在积极研制与发展各种毁伤机理的新型战斗部技术,以提高弹药和导弹的高效毁伤能力。战斗部是导弹武器系统的重要组成部分和完成战斗使命的主要部件,根据形成毁伤的特点及毁伤机理,可分为杀伤战斗部、爆破战斗部、侵彻战斗部、聚能战斗部等。杀伤战斗部主要是破片毁伤,破片的穿孔数量、速度、飞散角、飞散方向角、密度分布以及破片穿孔面积等参数是判定杀伤战斗部作用威力的重要指标。而在杀伤战斗部设计研发中,破片的参数一般采用靶场静态爆轰试验来测定与考核,从而为战斗部的方案评估、设计校验及定型验收环节提供直接依据。目前杀伤战斗部破片飞散特性的测量,主要利用人工数着靶点、划刻线等方式进行统计分析与计算,随着测试量的增大,人工方法测试参数误差大、效率低。本文采用数字近景摄影测量技术及图像处理方法,研究爆炸破片飞散特性快速准确获取与破片场的三维反演问题,以期弥补人工方法的不足,从而对战斗部威力全面、准确、快速评估提供测试方法和技术。本文的研究内容主要包括:1)研究近景摄影测量破片场图像获取方法。构建基于图像处理技术的破片场信息提取及三维反演系统,针对爆炸前靶板布设场景三维拼接特征不明显问题,通过优化拼接特征设计,根据靶板和爆心形状特征不变的特点,提出靶板嵌入反光标志和编码标志,设计爆炸场景的拼接特征;同时通过采集网形设计,获取爆炸前场景的序列图像,为靶板布设场景重建提供有效图像信息。2)爆炸场景序列图像处理及多特征融合提取算法。通过最大类间方差的阈值分割法、区域连通性标记法、仿射变换的解码法、梯度幅值均值法等多特征融合算法实现靶板序列图像标志点坐标计算。建立基于平面单应矩阵的相机内参数和畸变参数标定模型,利用编码标志匹配的相对定向和基准尺的绝对定向,实现后方交会的图像位姿估计,提出采用三角测量和整体平差优化的方法实现单点标志和靶板布设场景的空间三维反演。3)爆炸破片场三维反演和飞散参数计算。爆炸后靶板位姿改变,给破片穿孔和凹坑的三维位置测量反演重构带来困难。首先利用基于共线方程模型实现靶板的畸变校正,采用自适应中值滤波算法进行滤波处理,提出分段线性灰度变换法增强图像对比度分析,结合Canny边缘检测算法、主动轮廓能量函数边缘提取算法、Gabor小波变换和灰度共生矩阵纹理特征提取算法、基于数学形态学的干扰目标滤除算法、融合特征的目标识别算法,实现快速、精准分割出破片穿孔和凹坑区域,直径大于3mm的破片穿孔识别率为100%;其次提出基于连通区域的破片穿孔目标标注,且创新性的提出了目标特征灰度加权重心法计算中心坐标位置和非规则破片穿孔面积的计算方法,使非规则破片穿孔面积的计算精度提升20%,且计算效率提高了10倍以上,结合爆炸前建立的靶板布设场景相对位姿关系,采用光速平差法研究破片穿孔和凹坑位置相对爆心的三维位置,实现破片场三维测量反演;最后根据三维球面投影与靶板的对应关系,形成相关数据处理软件,自动计算出破片场参数,同时进行了测量精度分析和外场试验验证。