[发明专利]基于视频和亚像素技术对风洞密度场进行测量的方法

说明书

本发明公开了一种基于视频和亚像素技术对风洞密度场进行测量的方法，包括：S1、分别对风洞试验前及试验过程中的密度场进行图像采集，以得到对应的静态密度场测量图像及动态密度场测量图像；S2、基于亚像素定位技术对动态密度场测量图像中各圆心进行定位；S3、通过对动态密度场测量图像中各圆心坐标和静态密度场测量图像中各圆心坐标的位置变化来计算光学折射率，以此来计算得到风洞的密度场。本发明提供一种基于视频和亚像素技术对风洞密度场进行测量的方法，其能够以视频测量为基础，通过对比试验过程中和试验前背景图像圆心的位置变化来计算风洞的密度场，其相较于现有技术中的方法，有着更简单方便，精度高，测量速度快的优点。

技术领域

本发明涉及一种在试验过程中对性能指标进行测量情况下使用的方法。更具体地说，本发明涉及一种基于视频和亚像素技术在风洞试验情况下的对风洞密度场进行测量的方法。

背景技术

目前，用于密度场测量的技术主要包括纹影法、阴影法、干涉测量三种技术手段。阴影法记录的是偏折位置差，反应的是折射率梯度的变化，即折射率的二阶导数，阴影法常用于密度梯度变化很大的地方，适合大尺度，相对的材料要求较低，成本最低。纹影法记录的是偏折角度差，反应的是折射率的梯度，即折射率的一阶导数。纹影系统相对来说布置比较简单，对环境震动不太敏感，成本较低，并且有比较精确的结果。干涉法记录的是光波相位差，反应的是折射率本身，干涉系统通常对环境震动比较敏感，安装复杂，可以提供定量信息，但是成本较高，只能测量较小的物体。纹影法和阴影法一般只能做观察密度场变化规律这种定性研究，不能提供定量的数据。基于相位变化的干涉测量技术是重要的气动光学测量技术，根据干涉测量结果可以提取出流动的气动光学性能参数，但用于高分辨率测量的干涉系统十分昂贵，且容易受到环境干扰，同时后处理算法复杂。

故目前的密度场测量技术应用在风洞密度场测量中，远远达不到其测量对精度和计算速度的要求。

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。

本发明还有一个目的是提供一种基于视频和亚像素技术对风洞密度场进行测量的方法，其能够以视频测量为基础，通过对比试验过程中和试验前背景图像圆心的位置变化来计算光学折射率，以此来计算风洞的密度场，其相较于现有技术中的纹影法、阴影法、干涉测量有着更简单方便，精度高，测量速度快的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于视频和亚像素技术对风洞密度场进行测量的方法,包括：

S1、分别对风洞试验前及试验过程中的密度场进行图像采集，以得到对应的静态密度场测量图像及动态密度场测量图像；

S2、基于亚像素定位技术对动态密度场测量图像中各圆心进行定位；

S3、通过对动态密度场测量图像中各圆心坐标和静态密度场测量图像中各圆心坐标的位置变化来计算光学折射率，以此来计算得到风洞的密度场。

优选的是，其中，在S1中，通过设置在风洞来流方向的两侧分别设置参照用背景板及图像采集用像机，以对风洞试验前及试验过程中的密度场进行图像采集；

其中，背景板被配置为采用分布均匀，大小相同的圆形坐标点，以根据背景板圆点的坐标变化为基础，计算得到精确的密度场数据。

优选的是，其中，在S2中，所述亚像素定位技术包括：

S21、使用常规边缘检测算子对动态密度场测量图像分别进行边缘像素提取；

S22、使用边界追踪法进行计算，以分别得到动态密度场测量图像中每个圆形标记点的边缘像素点集合；

S23、运用异构计算技术，对每个圆形的每个边缘像素点进行局部区域匹配的亚像素边缘进行提取并计算；

S24、运用异构计算技术，采用可变步长的亚像素点圆形轮廓计算各圆形的圆心。