甲烷射流燃烧相关规律的研究是支撑天然气缸内直喷发动机未来发展的关键因素,而试验研究是探索燃烧规律最基本的方法。与以往的燃烧试验不同,甲烷射流燃烧试验,由于甲烷射流、燃烧火焰、背景气体相互之间的密度差,以及高温环境导致的热运动,必须采用低灵敏度纹影系统才能满足同时捕获射流与火焰的需求,而低灵敏度纹影系统的应用提高了图像处理的难度。因此,本文针对低灵敏度纹影系统捕获的试验图像,判断射流燃烧,通过图像处理,提取特征参数,归纳总结射流燃烧相关规律。首先,定容燃烧弹是研究射流燃烧理论的重要试验装置。本文搭建了定容燃烧弹光学测试平台,主要包括喷射及排气系统、温度控制系统、热电偶冷却系统、压力测量系统、点火系统、光学纹影系统等,并在此基础上开展了不同点火与射流间隔（喷射延时）的甲烷射流燃烧试验,获得了大量射流燃烧纹影图像,实现了甲烷射流燃烧的可视化。其次,图像处理是解决低灵敏度下纹影试验图像的识别和火焰特征提取问题的主要途径。本文创新性的提出一种甲烷射流燃烧判断方法,不同于对比一组图像不同时间序列差异来判断的方法,其基于不同图像组的同一帧图像上的空间差异,依据射流燃烧导致表征图像性质参数改变,来实现甲烷射流燃烧的判断。通过图像频域分析法、区域灰度值统计法以及等高线分割法来综合判断是否产生射流燃烧。判断射流燃烧是否产生是图像处理的前提,提取特征参数是定量研究甲烷射流燃烧规律的基础。基于MATLAB开发了燃烧火焰图像处理程序,能够提取火焰等效半径、火焰传播距离、火焰传播速度三个特征参数,并依托这些特征参数开展了甲烷射流燃烧的定量分析。最后,应用开发的装置和软件,获得了在不同喷射延时条件下的甲烷射流燃烧特性,结果表明:甲烷的喷射延时决定了预混层流火焰等效半径的发展,甲烷的喷射延时越小,预混层流火焰的等效半径越大,火焰强度越高,在受到甲烷射流冲击时,更难被吹熄,甲烷射流则更容易被预混层流火焰引燃,形成射流燃烧。射流燃烧的形成会促进火焰的发展和传播,导致火焰传播距离和火焰传播速度迅速增大。经过验证,甲烷射流燃烧光学测试系统能够满足燃烧试验要求,实用性较强,能够支持甲烷射流燃烧相关特性及规律的研究,解决了低灵敏度纹影图像的火焰识别与特征提取问题。