[发明专利]一种基于三色掩膜单彩色相机的三维流场测试方法及系统

权利要求书

1.一种基于三色掩膜单彩色相机的三维流场测试方法，其特征在于，包括：

步骤A1，利用三色掩膜单彩色相机获取待测流场中示踪粒子的时序粒子三色掩膜彩色图像；其中，三色掩膜单彩色相机利用搭配三色掩膜及主镜头的彩色相机构成，高能白色光源在示踪粒子的侧面提供高亮度光源；

步骤A2，对时序粒子三色掩膜彩色图像进行三视角图像分离处理，得到时序粒子的三视角图像；

步骤A3，对时序粒子的三视角图像进行三维粒子重构，获得时序三维粒子图像；

步骤A4，对时序三维粒子图像进行互相关计算，获得三维流场速度场分布；

步骤A5，对三维流场速度场进行后处理，剔除错误速度矢量，同时根据相邻正确速度矢量插值替代被剔除的错误速度矢量；

所述步骤A2中，对时序粒子三色掩膜彩色图像进行三视角图像分离处理，得到时序粒子的三视角图像，包括：

将记录的RAW格式的时序粒子三色掩膜彩色图像进行色彩分离，得到三张色彩分离原始图像；

利用双三色插值、双线性插值、模式识别插值以及拉普拉斯颜色校正中的一种或多种算法组合对三张色彩分离原始图像进行去马赛克空洞插补，得到高分辨率、高还原度的时序粒子的三视角图像；

对去马赛克的三视角图像进行色彩串扰校正，去除鬼影像素，得到校准后的时序粒子的三视角图像；

所述步骤A3中，三维粒子重构，是指利用时序粒子三色掩膜彩色图像提取的时序粒子的三视角图像，还原出示踪粒子的三维空间分布；

所述三维粒子重构，包括：

利用时序粒子三色掩膜彩色图像提取的时序粒子的三视角图像进行三维体标定，得到三维到各视角二维图像的映射函数，即体标定函数；

进行体标定函数自校准，来修正体标定函数的微小误差；

计算MART算法的权重系数，及采用MLOS-MART算法进行初步重构；

将初步重构的结果作为初始值，采用深度学习FCN网络进行精确重构，获得精确的空间粒子分布三维体素矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种基于三色掩膜单彩色相机的三维流场测试方法，其特征在于，步骤A1中，在待测流场中撒布示踪粒子，用高能白色LED或卤素灯体光源照亮，然后利用三色掩膜单彩色相机拍摄示踪粒子的时序粒子三色掩膜彩色图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于三色掩膜单彩色相机的三维流场测试方法，其特征在于，所述对去马赛克的三视角图像进行色彩串扰校正，包括：

拍摄遮挡绿色通光孔、蓝色通光孔，仅红色通光孔成像的原始图像，同样拍摄仅绿色通光孔、蓝色通光孔成像的原始图像作为校准标定图像；

根据校准标定图像对校准方程进行求解，得到色彩串扰标定参数后，对去马赛克的三视角图像进行色彩串扰校正，去除鬼影像素，得到校准后的时序粒子的三视角图像。

4.根据权利要求1所述的一种基于三色掩膜单彩色相机的三维流场测试方法，其特征在于，步骤A4中，所述对时序三维粒子图像进行互相关计算，包括：

将相邻时刻的示踪粒子三维体素矩阵按照式(1)的快速傅里叶变换进行三维互相关计算，获取流场三维速度场分布，

其中：E1(i，j，k)为空间体素(i，j，k)的数值，m、n、l分别表示体素索引坐标的增量，即E2(i+m，j+n，k+l)表示为空间体素(i+m，j+n，k+l)的数值，M、N和L表示为一个三维采样窗口的长度，即在笛卡尔右手坐标系的三个方向上的采样长度分别为M、N和L，

由傅里叶变换的性质，两个空间域函数的卷积式(1)的傅里叶变换等于两个函数的傅里叶变换相乘，对频率域的乘积进行傅里叶反变换即可得到互相关函数，进一步求出流场三维速度场分布。