[发明专利]一种火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涉及数字图像处理应用领域的三维重构技术，特别是涉及一种火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像系统。

背景技术

发动机燃烧火焰是研究发动机燃烧过程中缸内状态的重要指标，对缸内燃烧火焰的空间形态分布和三维温度场的分布进行研究有助于研究人员对发动机燃烧进行有效控制，对科学家优化发动机性能起到十分重要的作用。在发动机光学实验中，通常采用环形石英玻璃缸套代替金属缸套，在多个角度进行发动机燃烧火焰二维投影图像的拍摄，最后对火焰图像进行三维字化重构。

由于受到环形石英玻璃折射特性的影响，火焰的二维投影图像会产生畸变，导致二维投影图像的像素值不能对应于相应的火焰射线的投影值，因此在切片重构之前，需要根据环形石英玻璃的折射特性分析得到二维投影图像像素值所对应的火焰辐射光线，再利用相应的切片重构方法对火焰进行图像重构。并且由于环形石英玻璃对光线的折射机理较为复杂，目前针对环形石英玻璃折射现象的研究较少。因此，火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像模型研究对发动机燃烧火焰图像的三维准确重构具有不可忽视的现实意义。

发明内容

为了克服上述现有技术，本发明提出了一种火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像模型，该模型考虑光源进入环形石英玻璃后发生的两次折射，分别对两次折射的入射角和折射角进行分析，最终得到第二次折射后的射线方程。

本发明提出了一种火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、从作为测站点的摄像机所在位置A观测，光源进入环形石英玻璃后发生两次折射，得到无折射的目标点B经过圆环玻璃折射后偏移到观测点P点，即AB为无折射光路，AP为折射光路，∠ACE和∠OCD为第一次折射的入射角和折射角，∠CDF和∠ODP为第二次折射的入射角和折射角，由AC入射的光线经折射后光路为：AC—CD—DP；

步骤二、基于环形石英玻璃的射线路径分析，获得观测点P所在射线方程表达式，具体包括以下处理：

(1)确定直线OA方程表达式、直线AB方程表达式及点B坐标

以O点为圆心，圆环横向半径方向为X轴，纵向方向为Y轴建立坐标系；透镜中心点与观测点所在的直线与X轴的交点为目标点B；透镜中心点坐标G(G_x,G_y)，G点位于AB直线上，根据直线方程的斜截式求得直线l_OA的方程为：

y=AyAx(x-Ax)+Ay]]>

B点又为l_AG与x轴交点，故求得B点坐标为：

Bx=-Gy·(Ax-Gx)Ay-Gy+Gx]]>

此时直线AB为无玻璃折射时的射线路径；

(2)求∠ACE、点C坐标

设环形石英玻璃灯外径、内径分别为R，r；

则点C为直线l_AG与圆环外圆的交点，C点坐标为C(C_x,C_y)，满足联立方程式