Page 150 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 周志刚，等： 基于结构感知变分光流法的BOS冲击波超压非接触式测量 第 6 期

的瞬态扩散过程。为满足外场大视场成像需求，
相机配备 Nikon SF-S 尼克尔变焦镜头，以提高对
焦灵活性与成像适应性。相机与镜头的实物配
置见图 2，并通过专用防护板进行防护。最后，
时间同步由 SNYT-08 触发控制系统实现，以保
证起爆事件与高速相机采集过程的精确同步。
经系统性测试，并结合特定几何关系对系
统布局进行优化后，优化后的现场布置如图 3 所
示，可简化冲击波扩散距离的计算，并有效降低
火光等强干扰对成像质量的影响。为进一步提
高测量精度，在背景板四周及中心布设标志点，
并利用全站仪进行精确标定。系统搭建与调试
完成后，通过起爆试验采集外场冲击波图像序
列，为后续参数测量与定量分析提供可靠数据 图 2 高速相机与防护板实物图
支撑。 Fig. 2 Photograph of the high-speed camera and protective plate

Blast waves
47.6 m Shock-wave
Shock-wave Explosive front 5.5 m
Explosive
front
Shock-wave
front
7 m
7 m
Det cord Striped background board
High-speed camera
synchronized to the time
stamps of explosives Detonator
Trigger control
device

Computer

图 3 BOS 测量系统现场布置
Fig. 3 Field layout of the BOS measurement system

2 结构感知加权变分光流法

针对冲击波图像普遍存在的强间断边界、弱纹理及光照变化等复杂特性，传统光流模型往往难以准
确估计冲击波的运动场。为此，提出结构感知加权变分光流法（SWA-VF），其沿用 HS（Horn-Schunck）光
流算法框架，基于数据守恒项和正则化项构建全局能量函数。核心是通过多约束自适应加权能量泛函，
w(x) =
在保留冲击波锋面等关键结构的同时，保证光流场平滑且鲁棒。对于图像域 Ω 上的光流矢量
(u(x),v(x)) T ，其总能泛函 E 定义如下：

E(w) = E data (w)+λE reg (w) (1)
E reg 为正则化项，用于对光
式中： E data 为数据保真项，用于构建光流场与观测图像强度之间的约束关系；
λ = 0.12 ，该取值由
流场施加空间一致性约束； λ 为权重超参数，用以平衡两项对整体能量的贡献，本文取
经验调参确定。
2.1 数据守恒项
为了精确捕捉冲击波的运动，数据项不仅需要约束像素强度的一致性，还应对其局部结构信息保持

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