[发明专利]基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于集成成像技术的3D‑3C粒子图像测速系统及方法。该系统包括激光器、激光扩束准直系统、三维流场测速箱、相机阵列、计算机、平面标定板、精密电控平移台。方法为：将平面标定板置于三维流场测速箱内，对相机阵列进行标定；将示踪粒子置于三维流场测速箱内，采用相机阵列从不同角度对示踪粒子成像；将相机阵列的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上，产生重聚焦图像；通过等间隔改变Z值，得出重聚焦图像序列并进行离散化，把灰度值存储到离散化网格中；运用基于移动窗口梯度变换的方法，提取不同深度区域的示踪粒子点，并确定示踪粒子点位置，从而重建出示踪粒子场。本发明精度高，运算速度快，能够高度还原流场的细节部分。

主权项

1.一种基于集成成像技术的3D‑3C粒子图像测速方法，其特征在于，所采用的系统包括激光器(1)、激光扩束准直系统(3)、三维流场测速箱(5)、相机阵列(6)、计算机(7)、平面标定板(8)、精密电控平移台(9)；其中激光扩束准直系统(3)设置于激光器(1)和三维流场测速箱(5)之间；三维流场测速箱(5)为长方体结构，垂直于激光器光轴的两个面上设置光窗口，与光窗口所在侧面相邻的一个侧面采用高透玻璃，其余五个面采用经过发黑处理的铝合金；所述激光器(1)、激光扩束准直系统(3)与三维流场测速箱(5)上的两个光窗口共轴；相机阵列(6)设置于三维流场测速箱(5)的高透玻璃面一侧，且相机阵列(6)的光轴垂直于该高透玻璃面；相机阵列(6)、精密电控平移台(9)均与计算机(7)相连，且平面标定板(8)设置于精密电控平移台(9)上；该方法包括以下步骤：步骤1，将平面标定板(8)置于三维流场测速箱(5)内，对相机阵列(6)进行标定；步骤2，将示踪粒子置于三维流场测速箱(5)内，采用相机阵列(6)的相机从不同角度对示踪粒子成像；步骤3，根据标定关系，将相机阵列(6)的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上，将各重投影图像中对应位置的灰度值相加，产生重聚焦图像；通过逐步等间隔改变Z值，得出重聚焦图像序列，所述Z值间隔小于示踪粒子直径；步骤4，将重聚焦图像序列进行离散化，把重聚焦图像上的灰度值存储到离散化网格中，网格大小设置为相机像元大小的10倍；步骤5，运用基于移动窗口梯度变换的方法，提取不同深度区域的示踪粒子点，通过计算不同深度窗口区域内的Tenengrad函数值来确定示踪粒子点位置，从而重建出示踪粒子场。