[논문 리뷰] Synergistic Event-SVE Imaging for Quantitative Propellant Combustion Diagnostics

Jing Tao, Taihang Lei외 6명|arXiv (Cornell University)|2026. 03. 26.

Energetic Materials and Combustion인용 수 0

한 줄 요약

논문은 결합 루프 SVE–stereo-event camera 시스템으로 연소에 맞춘 HDR과 이벤트 기반 마이크로초 감지를 융합하여 연무에 가려진 HDR 조건에서 붕소 기반 추진제 연소를 정량화하고 3D 입자 분리 높이와 동등 반경 측정을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 실시간으로 마이크로초 정확한 고에너지 추진제 연소 모니터링의 동기를 부여한다.
• 연소 특화 HDR 융합 방법을 개발하여 입자 방사emit와 연무 산란을 분리한다.
• HDR 맥락과 이벤트 기반 센싱을 결합하여 연무 주도 인공물을 억제한다.
• 스테레오 이벤트 기반 계측을 사용해 3D 입자 분리 높이와 동등 반경을 추출한다.
• 보정, 센서 간 일치성 및 통계적 입자 크기 분포를 검증한다.

제안 방법

• 공간적으로 가변 노출(SVE) 카메라를 보정된 설정에서 뉴로모픽 이벤트 카메라의 스테레오 쌍과 통합한다.
• 확률적 연무 가능도 맵에 의해 안내되는 연무 인식 영역별 융합으로 연무를 고려한 다중 노출 HDR 이미지를 형성한다.
• HDR 융합에서 얻은 강도-prior를 활용해 이벤트 기반 입자 추출 및 게이팅을 안내한다.
• 스테레오 삼각측량을 통해 3D 입자 위치를 추정하고 추진제 기둥의 축 방향으로 분리 높이를 계산한다.
• 스테레오 뷰 전반에 걸친 물리적으로 스케일된 외곽선 기반 입자 면적에서 등가 반경을 계산한다.
• 픽셀 측정치를 물리적 단위로 변환하기 위한 핀홀 기반 스케일링 모델을 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 연소 특화 HDR 융합이 극한 HDR 환경에서 입자 방사선을 연무 산란으로부터 분리하는 데 어떻게 기여할 수 있는가?
• RQ2 HDR Priors에 의해 안내된 강도 기반 이벤트 처리로 Dense smoke 하에서 마이크로초 규모의 입자 검출이 견고하게 달성될 수 있는가?
• RQ3 붕소 기반 추진제 연소에서 분리 높이와 등가 입자 크기에 대한 스테레오-이벤트 기반 삼각측량의 정확도는 어느 수준인가?
• RQ4 통합된 SVE–이벤트 시스템이 연무에 가려진 HDR 조건에서 보정 일치성과 마이크로초 해상 3D 연소 측정을 제공하는가?

주요 결과

• 융합 방식은 입자 및 구조 지배 영역에서 경계 보존(평균 기울기)이 이전 방법들보다 높아 보다 향상된 윤곽 추출을 지원한다.
• 스테레오 이벤트 카메라 시스템은 보정 기반 타깃에서 최대 상대 오차 0.56%의 정밀도를 달성하여 신뢰할 수 있는 3D 재구성을 가능하게 한다.
• 시스템은 프레임 기반 센서가 어려움을 겪는 Dense 연무에서도 마이크로초 시간 해상도와 함께 상승/하강 이벤트 및 동기화된 궤적을 포착한다.
• HDR priors가 SVE 가이던스에서 얻어지는 연무 주도 이벤트 아티팩트를 감소시키고 이벤트 스트림에서 입자 상태 구분을 개선한다.
• 입자에 대해 스테레오로 확인된 외곽선을 바탕으로 물리적으로 스케일된 면적에서 얻은 등가 반경 통계가 보고된다.