[发明专利]基于压敏漆与光场相机的尺寸与表面压力测量方法与装置

说明书

本发明提供了一种基于压敏漆与光场相机的三维尺寸与表面压力的测量方法，包含以下步骤：图片获取步骤：分别获取模型的压力信号光场图片与深度信号光场图片；表面压力分布计算步骤：从压力信号光场图片中计算得出模型表面压力分布图；表面深度分布计算步骤：从深度信号光场图片中计算得出模型表面深度分布图；三维压力分布生成步骤：融合模型表面压力分布图的信息与模型表面深度分布图的信息，生成三维模型压力分布图。本发明还提供了一种实现上述测量方法的测量装置。本发明能够实现单台光场相机单点拍摄获取模型三维尺寸与表面压力分布的融合数据，相较于其他压敏漆和三维重构拍摄要求，明显降低了系统的复杂度，提高了测量的效率。

技术领域

本发明涉及空气动力学测量技术领域，具体地，涉及一种基于压敏漆与光场相机的尺寸与表面压力测量方法与装置。

背景技术

压敏漆(PSP)作为一种非接触式且高分辨率的表面压强测量技术，自二十世纪八十年代被提出以来，一直被广泛应用于空气动力学实验研究中。同传统的压力计或压力传感器只能逐点获取压强数据不同，压敏漆能够一次性测量复杂模型表面的压强分布。该技术利用了荧光分子的氧淬灭特性，在合适的拍摄条件下，测量精度理论上只受制于所用光电探测器的精度。通过使用合适的压敏漆基底和成像设备，能够适应静态或包含动态波动的压力测量。

压敏漆技术发展至今不断完善，但由漆料温度敏感性、模型偏移变形、光源不稳定性和光降解等因素引起的误差无法做到完全消除。除了在低速流动中提高精度和在高速流动中提高响应频率以外，如何获取一个复杂三维模型整体表面的压强分布也是该领域内的研究重点。

近年来，光场成像的发展为三维模型压敏漆测量提供了一种有潜力的多相机成像的替代方案。“光场”表示空间中自由传播光线的集合，通常借由五维参数方程来描述，其中L是光线辐射密度的度量，(x,y,z)和分别表示光线的空间和角度信息。五维光场可通过两个平行的采样平面简化至四维，即L＝L(u,v,s,t)，其中(u,v)和(s,t)分别是光线与这两个平面的交点坐标。为了记录四维光场，需要在相机光电传感器前一段距离处放置一块微透镜阵列，若此距离等于微透镜的焦距，得到的新相机结构称之为散焦型光场相机(Defocused Plenoptic Camera)，为消除歧义，下文所提及的光场或光场相机均指代在这种结构基础上所搭建的光学成像系统。空间上任意光线都能够通过其与相机主透镜和微透镜平面的交点来唯一确定。若记主透镜平面为(u,v)，微透镜平面则为(s,t)。通过微透镜的光线可看作是经过微透镜再采样后拥有了获取四维光场L(u,v,s,t)的能力，将光场原始照片做一定的处理，可以获得拍摄物体的深度信息。

现今测量复杂几何空气动力学模型的三维尺寸和压力分布大都是通过多相机成像的方式来实现。多视角式的压敏漆技术对模型和多相机的安装、排布、校准以及开设光学窗口的数量都提出了很高的要求。这些要求对于空气动力学测试尤其是大型风洞实验都是十分不利的。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于压敏漆与光场相机的尺寸与表面压力测量方法与装置。

根据本发明提供的基于压敏漆与光场相机的三维尺寸与表面压力的测量方法，包含以下步骤：

图片获取步骤：分别获取模型的压力信号光场图片与深度信号光场图片；

表面压力分布计算步骤：从压力信号光场图片中计算得出模型表面压力分布图；

表面深度分布计算步骤：从深度信号光场图片中计算得出模型表面深度分布图；

三维压力分布生成步骤：融合模型表面压力分布图的信息与模型表面深度分布图的信息，生成三维模型压力分布图。

优选地，所述图片获取步骤包含以下步骤：