[論文レビュー] Synergistic Event-SVE Imaging for Quantitative Propellant Combustion Diagnostics

Jing Tao, Taihang Lei+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 26, 2026

Energetic Materials and Combustion被引用数 0

ひとこと要約

この論文は、閉ループSVE–ステレオイベントカメラシステムを提案し、 combustion-tailored HDR とイベントベースのマイクロ秒感知を融合して、煙に覆われたHDR条件下での硼素ベース推進剤の燃焼を定量化し、3D粒子分離高さと等価半径の測定を可能にします。

ABSTRACT

Real-time monitoring of high-energy propellant combustion is difficult. Extreme high dynamic range (HDR), microsecond-scale particle motion, and heavy smoke often occur together. These conditions drive saturation, motion blur, and unstable particle extraction in conventional imaging. We present a closed-loop Event--SVE measurement system that couples a spatially variant exposure (SVE) camera with a stereo pair of neuromorphic event cameras. The SVE branch produces HDR maps with an explicit smoke-aware fusion strategy. A multi-cue smoke-likelihood map is used to separate particle emission from smoke scattering, yielding calibrated intensity maps for downstream analysis. The resulting HDR maps also provide the absolute-intensity reference missing in event cameras. This reference is used to suppress smoke-driven event artifacts and to improve particle-state discrimination. Based on the cleaned event observations, a stereo event-based 3D pipeline estimates separation height and equivalent particle size through feature extraction and triangulation (maximum calibration error 0.56%). Experiments on boron-based propellants show multimodal equivalent-radius statistics. The system also captures fast separation transients that are difficult to observe with conventional sensors. Overall, the proposed framework provides a practical, calibration-consistent route to microsecond-resolved 3D combustion measurement under smoke-obscured HDR conditions.

研究の動機と目的

• 高エネルギー推進剤燃焼のリアルタイム、マイクロ秒精度モニタリングを動機付ける。
• 燃焼特化のHDRフュージョン法を開発し、粒子放出と煙散乱を分離する。
• HDRコンテキストとイベントベース感知を結合して煙によるアーチファクトを抑制する。
• ステレオイベントベース計測により3D粒子分離高さと等価半径を抽出する。
• 校準、センサー間の整合性、統計的粒径分布を検証する。

提案手法

• 空間的可変露光（SVE）カメラを、校正済み設定でニューロモルフィックイベントカメラのステレオ対と統合する。
• 煙に対する領域別フュージョンに基づく確率的な煙尤度マップで、マルチ露光HDR画像を形成する。
• HDRフュージョンからの輝度事前情報を用いてイベントベースの粒子抽出とゲーティングを誘導する。
• ステレオ三角測量を用いて3D粒子位置を推定し、推進剤柱の軸方向を定義して分離高さを計算する。
• ステレオ視の輪郭に基づく物理スケールの粒子領域から等価半径を算出する。
• ピンホールベースのスケーリングモデルを適用して画素測定を物理単位に変換する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 極端なHDR環境で煙散乱から粒子輝度を分離するために、燃焼特化 HDRフュージョンはどのように改善されるか。
• RQ2 HDR priors によって guidance された強度指向のイベント処理は、濃い煙下でマイクロ秒スケールの粒子検出を堅牢に得られるか。
• RQ3 硼素ベース推進剤燃焼における分離高度と等価粒径のステレオイベント三角測量の精度はどの程度か。
• RQ4 統合SVE–イベントシステムは、煙に覆われたHDR条件下で較正一貫性のあるマイクロ秒分解の3D燃焼測定を提供するか。

主な発見

• フュージョン法は、粒子および構造優勢領域でのエッジ保持（Average Gradient）が従来手法より高く、輪郭抽出の改善を支援する。
• ステレオイベントカメラシステムは較正ベースの検証ターゲットにおいて最大相対誤差0.56%を達成し、信頼性の高い3D再構成を実現。
• このシステムは Lift-off イベントと同期軌道をマイクロ秒の時間分解能で、フレームベースセンサが困難な濃煙中でも捉える。
• SVE ガイダンスからのHDR priors は煙によるイベントアーティファクトを低減し、イベントストリームでの粒子状態識別を改善する。
• 等価半径統計は、ステレオ確定輪郭と物理的にスケールされた領域から導出された硼素ベース粒子について報告される。