在获取燃料层流燃烧特性的相关研究中，向外传播的球形火焰法因实验条件较为宽广而得到了广泛应用。实验中高速摄像机将拍摄到大量的球形火焰纹影图片，而通过图片中球形火焰半径值与火焰向外传播时间的对应关系可进一步计算层流燃烧速率以及马克斯坦长度等重要参数。该数据处理过程需要着重考虑两方面的因素：处理的效率与处理的准确性。利用计算机代替人工实现火焰半径的自动测量可显著提高处理效率。而要保证处理的准确性则需要兼顾多方面的因素，其中火焰有效半径的选取尤为重要。实际上，影响有效半径选取的主要是火焰锋面上的裂纹以及火焰的不稳定性，而应用分形理论可以对火焰锋面的裂纹及不稳定性情况加以描述。因此，本文主要开展了两方面的研究：一方面提出新的球形火焰纹影图像处理方法以准确高效地测量火焰半径，进而获取层流燃烧特性参数；另一方面通过分形理论计算球形火焰前锋面分形维数D3的取值范围，进而定量分析火焰前锋面的裂纹情况及火焰的不稳定性，为有效半径的选取提供一定参考。论文主要结论如下：（1）通过灰度化、帧间差分以及中值滤波可以得到噪声信息较少的火焰灰度图，采用Canny边缘检测与射线定弧结合的方法可以得到火焰的二值边缘点集。以人工处理结果为参考系，通过分析比较等价面积法与随机圆检测法在目标图像上的应用效果发现：随机圆检测法处理得到的半径值在整体上比人工处理得到的半径值稍大；而等价面积法的处理结果则与人工方法非常接近（误差在1mm以内）。（2）通过对容量盒维法、圆环面积法与圆规法在计算球形火焰前锋面分形维数D3上的应用效果发现，盒维法具有较好的合理性与稳定性。通过分析D3随压力、当量比以及掺氢量等实验参数的变化关系得到了球形火焰不稳定性的相关结论，这些结论与观察图片以及相关文献中的结论是一致的，说明了通过球形火焰的分形维数分析火焰的不稳定性是可行的。（3）在Visual Studio2008+OpenCV2.3.1环境下开发了球形火焰图像处理软件Spherical Flame Processor(SFP)，SFP实现了图像的批处理功能以及对多分辨率图像处理的兼容性，可将计算结果“序号-时间-半径-分形维数”输出到excel表格。此外，SFP的误差主要来源于理论误差和实验误差两方面，理论误差主要包括噪声影响与算法误差，实验误差主要包括纹影效果、图像分辨率以及玻璃视窗是否洁净。