[发明专利]一种用于流动显示的直接纹影成像系统

说明书

本发明公开了一种用于流动显示的直接纹影成像系统，包括：矩阵光源，其由多个点阵光源拼接形成；柔光屏，其位于矩阵光源的光路上；源格栅，其由明暗相间的条状物组成以形成明暗条纹，所述源格栅位于柔光屏的光路上；从源格栅形成的部分光束以锥形光方式照射到测试区域；聚焦透镜，其位于测试区域的下方；刀口栅，其位于聚焦透镜的光路上且放置在矩阵光源的成像面位置；图像接收屏，其位于刀口栅的光路上且放置于测试区域的成像面位置；图像接收系统，其位于图像接收屏的下方。本发明采用拼接点光源方式形成矩阵光源，并结合柔光屏和源格栅形成锥形光束，通过源格栅以锥形光束方式可以照射到较大的测试区域，从而可以获得大视场流场显示。

技术领域

本发明涉及一种成像系统，具体涉及一种用于流动显示的直接纹影成像系统。

背景技术

流动显示是空气动力学、爆炸与冲击、燃烧与化学反应等很多研究领域中一种重要的测试技术之一，通过流动显示可以获得测试区域的密度变化情况，为试验研究提供重要的基础保障。目前采用的流动显示方法主要为平行光纹影仪，其对流动密度一阶导数变化敏感。最近几年发展了聚焦纹影技术、背景导向纹影(BOS)技术也都能够实现对流动进行显示。聚焦纹影技术中需要使用菲涅耳透镜，同直接纹影技术一样采用锥形光束方式照射测试区域，但目前菲涅耳透镜直径难以大于Φ2m，测试视场很难达到Φ1.5m，同时因为边缘效应及菲涅耳透镜多焦点原因，获得的流动图像光斑均匀性不理想。BOS技术视场可以很大，但是需要对获得的图像采用类似粒子图像测速即PIV技术处理后才能够对流动进行显示，目前图像分辨率较低、数据误差较大，在工程上难以进行实际运用。

随着科研试验的深入发展，要求流动显示的测试区域越来越大，而常规平行光纹影仪测试视场越大时价格成倍上升。同时在现有测试技术手段上难以对大于Φ1.5m的测试区域进行流动显示。本发明的用于流场显示的直接纹影成像技术，用于风洞等试验中的流场显示，以获得肉眼无法直接看到的流场信息。通常使用的流场显示方法中需要大尺寸光学元器件，这种大尺寸光学元器件尺寸等于或大于要求测试区域视场尺寸。如用于流场显示的平行光纹影或阴影仪器，在测试视场为Φ300mm时，则仪器中必须具有两块尺寸大于Φ300mm的球面反射镜或透镜，以及同尺寸的光学窗口玻璃。当对于更大测试视场如Φ1m时，这种尺寸的光学元件受材料性能等参数限制难以完成加工。本发明的直接纹影成像技术通过拼接不同尺寸的点阵光源，结合柔光屏、源格栅、刀口栅和聚焦透镜等，光路中不需要使用大尺寸菲涅耳透镜、大尺寸球面反射镜和透镜形成光的聚光效果，就可以对不同尺寸区域甚至大于Φ1.5m区域进行流动显示，而且成本相对常规平行光纹影仪低，操作也相对简单。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明针对大视场流动显示及流动显示成本较高问题，设计了一种流动显示光路，通过改变矩阵光源、柔光屏和源格栅尺寸可以实现不同视场的流动显示，整个光路系统调试相对常规平行光纹影仪简单。

本发明在光源端设计不同尺寸点阵光源如LED光源，点阵光源拼接成一个较大的矩阵光源。在矩阵光源后端放置柔光屏，柔光屏后放置源格栅，光束通过源格栅后部分光束穿过测试区域后汇聚到聚焦透镜，聚焦透镜把源格栅的像成像在刀口栅的位置，在刀口栅后面为测试区域的成像面，在成像面位置放置图像接收屏，成像系统拍摄图像接收屏获得测试区域的流动图像。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于流动显示的直接纹影成像系统，包括：

用于形成照射到测试区域的光束的矩阵光源，其由多个点阵光源拼接形成；

用于形成均匀光束的柔光屏，其位于矩阵光源的光路上；

用于形成条状光源的源格栅，其由明暗相间的条状物组成以形成明暗条纹，所述源格栅位于柔光屏的光路上；从源格栅形成的部分光束以锥形光方式照射到测试区域；

用于对源格栅和测试区域成像的聚焦透镜，其位于测试区域的下方；