[发明专利]基于光场相机的三维流场的温度场和速度场同步测试方法

权利要求书

1.一种基于光场相机的三维流场的温度场和速度场同步测试方法，包含以下步骤：

A1，对温敏磷光粒子进行温度和衰减时间的校准，获得该磷光粒子衰减时间和温度的精确关系；

A2，利用单光场相机获取待测流场中磷光粒子的时序粒子光场图像；

A3，预处理时序粒子光场图像，去除背景噪声；

A4，采用CPU和/或GPU并行处理方法，对时序粒子光场图像进行重构，获得时序三维粒子图像；

A5，对第一帧和第三帧的时序三维粒子图像进行互相关计算，获得三维流场速度场分布；

A6，对三维流场速度场进行后处理，剔除错误速度矢量，同时根据相邻正确矢量插值替代被剔除的错误矢量；

A7，对第一帧和第二帧的时序三维粒子图像进行衰减时间计算，并通过校准后的磷光粒子衰减时间和温度的精确关系获得对应的温度信息，获得三维流场温度场分布；

A8，对三维流场温度场进行后处理，剔除错误温度信息，同时根据相邻正确温度信息插值替代被剔除的错误温度信息；

步骤A7中，将第一帧和第三帧的磷光粒子三维体素矩阵按照式(7)进行衰减时间的计算，通过A1中的校准结果，获得流场三维流场温度场分布，

λ(i，j，k)＝-(ln((R(i，j，k)×e^-5+1)/(R(i，j，k)+1))÷t₁) (7)

其中，λ(i，j，k)是三维流场中对应体素在该温度下衰减时间τ(i，j，k)的倒数；

R(i，j，k)是三维流场中第一帧对应体素E₁(i，j，k)和第二帧对应体素E₂(i，j，k)的比值；

t₁是光场相机连续两帧拍摄过程中第一帧的曝光时间。

2.根据权利要求1所述的基于光场相机的三维流场的温度场和速度场同步测试方法，其特征在于，步骤A1中，在恒温流场中撒布磷光粒子，用激光光源提供面式照明，温敏磷光粒子会受激光激发，发射另一种波长的磷光，该粒子发射磷光会持续一段时间，并且在这段时间内的光照强度不断衰减直至消失，这段时间被称为衰减时间，该衰减时间的长度会随着温度的变化而变化，通过在恒温流场中插入热电偶测量该流场的温度，利用高速相机或者PMT光电倍增管精确测量磷光粒子在该温度下的衰减时间，然后不断改变流场温度，调整至恒温，重复上述过程，最后获得该磷光粒子衰减时间和温度的精确关系，用以后续测量的校准。

3.根据权利要求1所述的基于光场相机的三维流场的温度场和速度场同步测试方法，其特征在于，步骤A2中，在待测流场中撒布温敏磷光粒子，用激光光源提供体式照明，然后利用高分辨或者高速图像传感器与微透镜阵列的精密封装体形成的单光场相机拍摄磷光粒子的时序光场图像，该相机能在极短的时间内连续拍摄两帧图像，然后间隔较长的时间进行下一组连续两帧的拍摄，其中由于磷光粒子会持续发光，该发光过程持续时间包含在光场相机一组连续两帧的时间内，一组连续两帧图像用于温度场的计算，而分别属于不同两组中的连续两帧图像用于速度场的计算。

4.根据权利要求1所述的基于光场相机的三维流场的温度场和速度场同步测试方法，其特征在于，步骤A3中，对所拍摄的时序粒子光场图像进行预处理，其中去除背景噪声的降噪运算采用全局阈值、局部阈值、高斯光滑滤波、滑动最小值滤波算法的一种或多种算法组合。