[发明专利]一种火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像方法

摘要

本发明公开了一种火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像方法，该方法包括以下步骤：步骤一、从作为测站点的摄像机所在位置A观测，光源进入环形石英玻璃后发生两次折射，得到无折射的目标点B经过圆环玻璃折射后偏移到观测点P点，即AB为无折射光路，AP为折射光路，∠ACE和∠OCD为第一次折射的入射角和折射角，∠CDF和∠ODP为第二次折射的入射角和折射角，由AC入射的光线经折射后光路为：AC—CD—DP；步骤二、基于环形石英玻璃的射线路径分析，获得观测点P所在射线方程表达式。与现有技术相比，本发明采用环形石英玻璃折射原理，使得发动机火焰的二维投影图像减少了畸变。

主权项

一种火焰通过环形石英玻璃在二维投影图像中的成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、从作为测站点的摄像机所在位置A观测，光源进入环形石英玻璃后发生两次折射，得到无折射的目标点B经过圆环玻璃折射后偏移到观测点P点，即AB为无折射光路，AP为折射光路，∠ACE和∠OCD为第一次折射的入射角和折射角，∠CDF和∠ODP为第二次折射的入射角和折射角，由AC入射的光线经折射后光路为：AC—CD—DP；步骤二、基于环形石英玻璃的射线路径分析，获得观测点P所在射线方程表达式，具体包括以下处理：(1)确定直线OA方程表达式、直线AB方程表达式及点B坐标：以O点为圆心，圆环横向半径方向为X轴，纵向方向为Y轴建立坐标系；透镜中心点与观测点所在的直线与X轴的交点为目标点B；透镜中心点坐标G(G_x,G_y)，G点位于AB直线上，根据直线方程的斜截式求得直线l_OA的方程为：$y=\frac{A_y}{\mathrm{Ax}}(x-A_x)+A_y$B点又为l_AG与x轴交点，故求得B点坐标为：$B_x=\frac{-G_y\·(A_x-G_x)}{A_y-G_y}+G_x$此时直线AB为无玻璃折射时的射线路径；(2)求∠ACE、点C坐标：设环形石英玻璃灯外径、内径分别为R，r；则点C为直线l_AG与圆环外圆的交点，C点坐标为C(C_x,C_y)，满足联立方程式$\left\{\begin{array}{c}{x}^2+y^2=R^2\\ y=\frac{A_y}{A_x}(x-G_x)+G_y\end{array}\right.$∠ACE为直线l_AB和l_AB的夹角，为求得∠ACE由夹角公式，应确立l_OC的斜率K_OC$K_{\mathrm{OC}}=\frac{C_y}{C_x}$$K_{\mathrm{AB}}=\frac{A_y-G_y}{A_x-G_x}$所以$\∠\mathrm{ACE}=\arctan \left[\right|\frac{K_{\mathrm{AB}}-K_{\mathrm{OC}}}{K_{\mathrm{AB}}\·K_{\mathrm{OC}}}\left|\right]$(3)由折射定律求出第一次折射角∠OCD；$\frac{\sin \∠\mathrm{ACE}}{\sin \∠\mathrm{OCD}}=\frac{n_2}{n_1}$其中n₁为空气折射率，n₂为玻璃折射率；(4)求第二次入射角∠CDF：点D为直线CD与环形玻璃内圆的交点，通过求解点D的位置坐标，$\left\{\begin{array}{c}{x}^2+y^2=r^2\\ y=K_{\mathrm{CD}}(x-C_x)+C_y\end{array}\right.$确立直线OD和直线CD夹角，从而得到第二次入射角∠CDF；$\∠\mathrm{CDF}=\arctan \left[\right|\frac{K_{\mathrm{CD}}-K_{\mathrm{OD}}}{K_{\mathrm{CD}}\·K_{\mathrm{OD}}}\left|\right]$K_CD为直线CD的斜率、K_OD为直线OD的斜率；(5)求出第二次折射角∠ODP：$\sin \∠\mathrm{ODP}=\frac{n_2}{n_1}\·\sin \∠\mathrm{CDF}$空气折射率为n₁，玻璃的折射率为n₂；(6)得出射线方程表达式：通过计算出第二次折射角∠ODP，由观察可知，射线DP是直线OD顺时针旋转∠ODP所得，因此$K_{\mathrm{DP}}=\tan \left[\arctan \frac{D_y}{D_x}\right]-\∠\mathrm{ODP}$通过校正后，射线l_DP的方程表达式为y＝K_DP(x‑D_x)+D_y