Page 156 - 《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

FDM

CCM

FB-OF

HS-OF

SAW-VF

(a) Method output (b) Binarization result (c) Optimized mask (d) Curve fitting
visualization result
图 7 样例 1 不同方法对比结果
Fig. 7 Comparison of results obtained by different methods for Example 1
综合而言，本文提出的 SAW-VF 方法表现更为稳定。在图 6～8 的所有样例中，该方法能够清晰、准
确地定位冲击波波阵面，并较好地保留其的细微几何结构，从而提升边界清晰度与定位精度，同时保证
输出掩膜的连续性与完整性。
4.1.2 拟合算法评估
为评估波阵面曲线拟合算法的精度，采用“点到曲线最短距离”度量拟合曲线与真值曲线之间的
误差。定量结果如表 2 所示，比较了最小二乘法（least squares method，LSM）、未引用冲击波传播模型约
束的曲线拟合算法（non-shockwave propagation model constrained curve fitting algorithm，NSWPM-CFA）
以及本文提出的基于冲击波传播模型约束的曲线拟合算法（shockwave propagation model constrained curve
fitting algorithm，SWPM-CFA）的性能。
在 MAE 方面，LSM 的误差为 5.72 pixels；引入几何约束的 NSWPM-CFA 降至 3.2 pixels；本文
SWPM-CFA 进一步降低至 2.95 pixels。在 MSE 方面，SWPM-CFA 同样表现最优，仅为 2.20 pixels，低于
2
LSM 的 8.28 pixels 与 NSWPM-CFA 的 3.0 pixels。在拟合优度（R ）上，SWPM-CFA 达到了 0.94，高于
LSM 的 0.86 和 NSWPM-CFA 的 0.90，表明其拟合结果与真值一致性最佳。综合来看，SWPM-CFA 在减
小误差、提升拟合精度与优度方面优于对比方法。
为直观展示拟合过程与模型约束的作用，图 9 给出了典型样例的可视化结果。图 9（a）～（b）表明原
始图像中的火光等环境因素对光流场计算产生显著干扰；经过掩膜优化处理后，如图 9（c）所示，可保留
冲击波的有效信息区域。图 9（e）显示在未引入冲击波传播模型约束时，单次迭代可能产生多条满足几
何条件的候选曲线；引入模型约束后，如图 9（f）所示，可有效剔除干扰曲线并提高收敛稳定性，从而获得
更可靠的波阵面拟合结果。

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