[发明专利]一种基于单相机的喷雾火焰同步观测方法及系统

说明书

本发明公开一种基于单相机的喷雾火焰同步观测方法及系统，将所观测的喷雾火焰安置在彩色相机与背景光源之间，所观测的喷雾火焰与背景光源产生的背景光在彩色相机的视场内重叠，包括如下步骤：步骤1，启动背景光源、关闭喷雾火焰发生装置，获取没有喷雾与火焰的背景图像；步骤2，启动喷雾火焰发生装置，获取具有喷雾与火焰的观测图像；步骤3，基于背景图像与观测图像的RGB信息得到喷雾图像与火焰图像。本发明仅仅采用一个相机对喷雾和火焰进行成像，喷雾和火焰同时在CCD/CMOS上成像，时间精度相比目前大多数方案采用时间同步器进行同步的精度更高，且观测仅需一台彩色相机、背景光源以及数据处理模块，光路结构简单，便于调试。

技术领域

本发明涉及光学观测技术领域，具体是一种基于单相机的喷雾火焰同步观测方法及系统。

背景技术

同时观测喷雾与火焰有助于分析液体燃料喷雾燃烧过程，揭示喷雾燃烧机理。这对于研究燃烧的瞬态过程尤其重要。比如内燃机中燃油的脉冲喷注燃烧过程，火箭发动机连续变工况过程，以及燃气轮机、火箭发动机中的不稳定燃烧过程的研究。

目前对喷雾分布的观察主要采用三种方法，包括背景光成像，纹影，以及激光散射方法。研究者们常采用高速摄影、自发辐射、平面激光诱导荧光(PLIF)观测火焰。为了同步观察喷雾燃烧过程中的喷雾分布和火焰，可以采用这些方法的组合。采用这些组合的方法通常需要采用两个相机分别捕捉喷雾和火焰。两个相机需要将混合在一起的喷雾信息与火焰信息分离开，并且两个相机之间的同步十分重要。除此之外，为了获得相同的拍摄视角就还需要采用分光镜等辅助光路。总而言之，这些组合方法成像系统复杂，对设备的要求很高。

目前的喷雾和火焰同步捕捉方法中需要采用两个相机。采用两个相机成像存在以下不足：

喷雾和火焰信息分离效果不佳，存在喷雾与火焰信号相互影响，影响观测效果。

两个相机拍摄不可能从相同角度拍摄，就会存在拍摄视角不一致的问题。如果采用分光镜进行光路处理，则会使得相机接收到的光信号大大减弱，相机的信噪比降低。

为了获得高时间分辨率的喷雾和火焰图像，需要对两个相机进行精确同步，因此需要高精度的时间同步器。如此，整个系统相对复杂，成本高昂，而且时间精度受到同步器的限制。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于单相机的喷雾火焰同步观测方法及系统，不仅光路结构简单、便于调试，还具有更高的时间精度。

为实现上述目的，本发明提供一种基于单相机的喷雾火焰同步观测方法，将所观测的喷雾火焰安置在彩色相机与背景光源之间，所观测的喷雾火焰与背景光源产生的背景光在彩色相机的视场内重叠，具体包括如下步骤：

步骤1，启动背景光源、关闭喷雾火焰发生装置，获取不含喷雾与火焰的背景图像；

步骤2，启动喷雾火焰发生装置，获取同时包含喷雾与火焰的观测图像；

步骤3，基于背景图像与观测图像的RGB信息得到喷雾图像与火焰图像。

在其中一个实施例中，步骤3中，所述基于背景图像与观测图像的RGB信息得到喷雾信息与火焰信息，具体为：

获取背景图像与观测图像中RGB三个通道的灰度信息：I_bg，R、I_bg，G、I_bg，B、I_R、I_G、I_B，其中，I_bg，R为背景图像中R通道的灰度信息，I_bg，G为背景图像中G通道的灰度信息，I_bg，B为背景图像中B通道的灰度信息，I_R为观测图像中R通道的灰度信息，I_G为观测图像中G通道的灰度信息，I_B为观测图像中B通道的灰度信息；