[发明专利]一种自适应调整时间间隔的流场速度测量系统

说明书

本发明属于数字图像采集与处理领域，并公开了一种自适应调整时间间隔的流场速度测量系统，其包括粒子发生器、双脉冲激光器及相互通信的分幅视觉图像采集装置与图像处理子系统，粒子发生器用于在观测室中播撒流场粒子，双脉冲激光器用于发出脉冲激光以照射在流场粒子的表面，经流场粒子表面反射的光进入分幅视觉图像采集装置中予以分时采集获得两幅图像；图像处理子系统用于根据分幅视觉图像采集装置采集的两幅图像进行速度预测，并基于预测的速度计算出下一时刻的最优时间间隔，分幅视觉图像采集装置则在下一时刻根据最优时间间隔进行两幅图像的采集。本发明可在流场速度测量过程中实现时间间隔的自适应调整，具体测量精度高、测量方便等优点。

技术领域

本发明属于数字图像采集与处理领域，更具体地，涉及一种自适应调整时间间隔的流场速度测量系统。

背景技术

高速视觉测量系统由于其非接触、无干扰、瞬态、大范围等优点被广泛应用于流场速度场的测量中，常用于流场测量的图像采集装置分为跨帧相机和高速相机两种，跨帧相机时间间隔可以达到纳秒级，像素分辨率高，但是帧率低；高速相机帧率高，可以通过较低分辨率来提高帧率，但是时间间隔只能到达微秒级，并且二者的时间间隔是预先设置的固定值，在时变流场中难以应用。

且在流场速度场测量中会涉及流场估计，传统的流场估计算法一般采用的是快速傅里叶变换互相关算法，其主要是在MATLAB上实现，由于MATLAB自带加速核功能，虽然离线使用过程中体现出速度快的现象，但是由于花窗互相关本身的局限性，在C代码中其速度会有极大的降低的现象，无法满足流场速度估计实时性的要求。另传统流场估计算法大多采用固定的时间间隔Δt，时间间隔Δt太小则粒子位移太小，峰值噪声影响大，导致计算结果误差太大，时间间隔Δt太大，粒子滑出计算窗口则计算结果错误，因此需要实时调整时间间隔。

基于此，有必要进行研究与设计，以获得一种可实时调整时间间隔的流场速度测量系统，以实现流场速度的测量，满足实时性及精确性的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种自适应调整时间间隔的流场速度测量系统，由此解决传统流场测量系统中时间间隔不可调，测量高速时变流场时精度不高，无法实时测量的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出了一种自适应调整时间间隔的流场速度测量系统，其包括粒子发生器、双脉冲激光器以及相互通信的分幅视觉图像采集装置与图像处理子系统，其中，所述粒子发生器用于在观测室中播撒流场粒子，所述双脉冲激光器用于发出脉冲激光以照射在流场粒子的表面，经流场粒子表面反射的光则进入所述分幅视觉图像采集装置中予以分时采集以获得两幅图像；所述图像处理子系统用于根据所述分幅视觉图像采集装置采集的两幅图像进行速度预测，并基于预测的速度计算出下一时刻的最优时间间隔，所述分幅视觉图像采集装置则在下一时刻根据最优时间间隔进行两幅图像的采集，以此在流场速度测量过程中实现时间间隔的自适应调整。

作为进一步优选的，所述分幅视觉图像采集装置包括依次设置的光学镜头、光学组件和FPGA，所述FPGA连接有触发接口和图像传输接口，该触发接口与所述双脉冲激光器相连，所述光学组件包括半透半反棱镜、全反射棱镜、图像传感器一和图像传感器二，经流场粒子表面反射的光进入光学镜头后一部分经半透半反棱镜反射至所述图像传感器一中，另一部分经半透半反棱镜透射后再经全反射棱镜反射至所述图像传感器二中，以此通过图像传感器一和图像传感器二采集获得两幅图像，采集获得的两幅图像再传输至FPGA中，并经图像传输接口传输至图像处理子系统中进行图像处理。

作为进一步优选的，所述图像处理子系统包括依次相连的图像接收单元、图像传输单元和图像处理单元，其中，图像接收单元包括两对图像传输接口，用于接收所述分幅视觉图像采集装置采集的两幅图像；所述图像传输单元包括主芯片FPGA及与主芯片FPGA实现通信连接的内存卡和硬盘，所述主芯片FPGA与图像接收单元实现通信连接，并通过Switch芯片以SRIO协议与图像处理单元实现通信连接。