[发明专利]一种基于物理参数一致性的火焰温度场重建方法

摘要

一种基于物理参数一致性的火焰温度场重建方法，它包括以下步骤：a.从多个视角同步拍摄燃烧火焰的图像序列，利用可视外壳技术将火焰体素化；b.标定相机的响应曲线；c.初始化火焰折射率场，并根据火焰的成像模型计算火焰的初始辐射力场；d.迭代计算辐射力场与折射率场，直到辐射力场与折射率场在数值上满足物理一致性；e.根据辐射力与温度之间的查找表计算最终的火焰温度场。本发明基于火焰辐射力场与折射率场两个物理参数一致性的事实，提出了一种迭代计算火焰温度场的算法，该方法充分考虑了火焰折射率场的分布不均匀对光线的折射作用，大大提高了温度场重建的精度。本方法可以用于工业测量、火电厂监控以及虚拟现实等领域。

主权项

1.一种基于物理参数一致性的火焰温度场重建方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：a.从多个视角同步拍摄燃烧火焰的图像序列，利用可视外壳技术将火焰体素化将多个相机固定在支架上，采用硬触发技术从多个视角同步拍摄火焰的图像序列，对于同一时刻的多个视角的火焰图像进行二值化，提取火焰边缘，利用可视外壳技术重建火焰的可视外壳，并将可视外壳包围的火焰体分割为大小相等的体素，利用标定的相机参数，计算每个体素的空间几何位置；b.标定相机的响应曲线将相机固定在光线明暗变化丰富的场景，通过设置不同的曝光时间获得多曝光时间的图像序列，提取图像特征点，采用Debevec的方法标定相机的响应曲线；c.初始化火焰折射率场，并根据火焰的成像模型计算火焰的初始辐射力场；d.迭代计算辐射力场与折射率场，直到辐射力场与折射率场在数值上满足物理一致性根据辐射力场与折射率场的物理关系重新计算火焰的折射率场：首先根据辐射力与温度之间的查找表，通过辐射力场计算温度场，再利用下式计算折射率场：其中为压强，为气体摩尔质量，常数，；根据火焰成像模型，重新计算火焰辐射力场；反复计算火焰的折射率场与辐射力场，直到辐射力场与折射率场满足物理一致性：其中为迭代k次后得到的火焰折射率场，为在迭代k次后得到的火焰辐射力场基础上计算得到的火焰折射率场，为一致性阈值常数；e. 根据辐射力与温度之间的查找表计算最终的火焰温度场。