重建炉膛内火焰三维结构的采集装置及采集方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种重建炉膛内火焰三维结构的采集装置及采集方法，该采集装置包括内窥镜系统、光场相机和控制处理系统；该内窥镜系统用于将该炉膛内的待测火焰图像引出至炉膛外；光场相机用于接收传像光路上的光像；控制处理系统用于将收到的电信号转换为二维光场数据，并得到三维光亮度分布。该采集方法包括以下步骤：S1、待测火焰各点的入射光形成像点；S2、在感光芯片上形成待测火焰不同成像路径的微像，并将该微像转化为电信号进入控制处理系统；S3、控制处理系统将收到的电信号转换为二维光场数据，并获得待测火焰的三维结构。本发明专利技术内窥镜系统冷却效率高，可以在高温、单视角条件下采集和显示待测火焰的三维结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光场成像
，特别涉及一种。
技术介绍
Lippmann 于 1908 年提出集成照相(Integral Photography, IP)的概念,通过微镜头阵列代替Ives于1903年开发的针孔阵列，在成像面上形成一系列具有微小差别的微图像，记录原像面处的光辐射的角度信息，该技术亦被用于三维全息成像。在此基础上，Gershun于1936年提出了光场(Light Field)的概念，将光辐射在空间各个位置向各个方向的传播定义为光场，光辐射包含二维位置信息和二维方向信息并在光场中传递，到达空间不同点处的光辐射量连续变化并能够通过计算获得像面上每点的光辐射量。 近一个多世纪以来，诸多学者不断完善和发展光场的理论研究与实际应用，Okoshi> Dudnikov、Dudley和Montebello等对集成照相技术不断改进,微镜头阵列的光场相机形式也逐渐成熟。1991年Adelson等首次提出全光场相机(Plenoptic camera)的概念。Levoy等将光场理论进一步完善，于1996年提出光场渲染理论(Light FieldRendering, LFR)，建立了成像公式，并将其应用于显微成像领域，于2006年开发了光场显微镜(Light Field Microscopy, LFM)。基于Levoy建立的成像公式,2005年Ng等专利技术了第一台手持光场相机，后于2006年成立Lytix)公司并将该专利技术正式商业化，自2011年起生产民用消费级的Lytro光场相机。Georgiev等于2006年提出了提高光场相机空间分辨率的方法，Fife等于2008年开发了光场感光芯片，而最早的商业化光场相机则由Wietzke和Perwass创立的Raytrix公司开发并于2010年生产销售。光场相机从理论提出至正式商业产品的出现共间隔100余年，导致这一现象的原因是光场相机内高品质微镜头阵列、高分辨率感光器件以及高运算能力的个人计算机直至近年才问世，另一重要基础是提高光场相机分辨率的成像理论及算法的提出，这些客观条件的具备使生产符合成本效益的光场相机成为可能。 针对工业炉膛内火焰的可视化技术经过多年发展，已具备检测炉内火焰结构、温度场等特性的功能，但不能实现炉膛内火焰三维结构的重建，尤其在高温以及炉膛开孔或单视角条件下的炉膛内火焰三维结构的重建。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中传统的采集装置不能实现在高温以及炉膛开孔或单视角条件下的炉膛内火焰三维结构的重建的缺陷，提供一种，该采集装置及方法能够在高温、单视角条件下重建火焰三维结构。 本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题: —种重建炉膛内火焰三维结构的采集装置，其特点在于，其包括内窥镜系统、光场相机和控制处理系统； 该内窥镜系统用于将该炉膛内的待测火焰图像通过石英镜头和传像光路引出至炉膛外并与该光场相机相匹配，其包括一水冷夹套、一固定有该石英镜头的传像部件和一固定于该光场相机与该水冷夹套的端部之间的连接部件，该水冷夹套包括一内层和一外层，该内层内形成有一内腔，该内层与外层之间形成有一外腔； 该传像部件固定于该连接部件上且位于该内腔内，该传像光路位于传像部件内且与该传像部件同轴设置，该传像光路位于该石英镜头与该光场相机之间，该传像部件与该内层之间形成有一用于通入惰性气体吹扫该石英镜头的气流通道，该外腔内用于通入冷却水冷却该传像光路和石英镜头； 该光场相机用于接收该传像光路上的光像形成待测火焰不同成像路径的微像并转化为电信号传输至该控制处理系统中； 该控制处理系统用于将收到的电信号转换为二维光场数据，并对不同成像路径的微像进行数字重聚焦，得到三维光亮度分布。 在本方案中，该内窥镜系统能够深入高温、多颗粒的燃烧炉或气化炉内工作，通过水冷夹套以通入冷却水的方式可以长期抵抗最高温度为2000°c的高温，其用水少、冷却效率高、内窥镜系统整体结构紧凑。同时通过传像部件与该内层之间形成的气流通道，在该气流通道内通入惰性气体吹扫石英镜头，长期抵抗炉膛内高温颗粒对前端耐高温的石英镜头的污染。此外，炉膛内待测火焰通过传像光路进行成像并投影至光场相机内，可以在同一时间采集并显示待测火焰二维原始图像及三维结构图像，实现待测火焰的二维、三维实时可视化检测，且该采集装置内部无运动部件，结构很稳固。 较佳地，该外腔通过一连接管形成一用于通入冷却水的第一冷却通道和第二冷却通道，该连接管靠近该光场相机的一端固定与该连接部件上，该第一冷却通道远离该光场相机的一端与该第二冷却通道相通，该内层的外壁与该连接管的内壁之间以及该连接管的外壁与该外层的内壁之间分别设有一第一螺旋部件和一第二螺旋部件，该第一螺旋部件绕该内层轴线的旋转方向与该第二螺旋部件绕该连接管轴线的旋转方向相反。 在本方案中，通过第一螺旋部件、第二螺旋部件、第一冷却通道和第二冷却通道组成的高效旋流冷却系统以通入冷却水的方式长期抵抗最高2000°C的高温，其具有用水少、冷却效率高、内窥镜整体结构紧凑等优点。 较佳地,该内层靠近该光场相机的一端部设有一与气流通道相连通的气体进口。 较佳地，该外层靠近该光场相机的一端部设有一与第一冷却通道相连通的冷却水进口，该连接管靠近该光场相机的一端部设有一与第二冷却通道相连通的冷却水出口。 较佳地，该外层的外壁上套设有一第一法兰，该水冷夹套通过该法兰固定于炉膛内。 在本方案中，采用上述结构形式，可以使内窥镜系统牢固的固定在燃烧炉或气化炉上，并且能使该采集装置在在单视角条件下重建炉膛内的火焰三维结构。 较佳地，该连接部件沿该水冷夹套的轴线方向从左至右依次包括一与该光场相机相匹配的光像转接部件、一弹性部件和两个相互固定连接的第二法兰，其中，位于右端的第二法兰固定于该水冷夹套的端面上，且两个该第二法兰之间通过一密封圈密封连接。 较佳地，该光场相机沿该水冷夹套的轴线方向从左至右依次包括相机电路接口、感光芯片、微透镜阵列和焦距调节部件，微透镜阵列位于该传像光路的像面上，该感光芯片位于微透镜阵列的后焦面上，该相机电路接口通过数据传输线路与控制处理系统相连接。 较佳地，该控制处理系统包括用于将炉膛内的待测火焰图像数据进行处理的图形工作站、用于显示待测火焰原始图像的二维图像显示系统和用于显示将处理后的待测火焰图像数据经算法计算并处理后得到待测火焰三维结构的三维图像显示系统。 本专利技术还提供了一种如上所述的重建炉膛内火焰三维结构的采集装置的采集方法，其特点在于，其包括以下步骤: S1、待测火焰各点的入射光经内窥镜系统在传像光路像面处的微透镜阵列上成像并形成像点，各像点在微透镜阵列后焦面的空间上分开； S2、微透镜阵列后焦面的各点光线在感光芯片上形成待测火焰不同成像路径的微像，并将该微像转化为电信号进入控制处理系统； S3、控制处理系统将收到的电信号转换为二维光场数据，并对不同成像路径的微像进行数字重聚焦得到三维光亮度分布，获得待测火焰的三维结构。 在本方案中，采用上述采集方法可在单视角条件下记录炉膛内待测火焰光辐射在传播过程中的四维位置和方向的信息，可同时显示待测火焰二维图像及三维结构图像。 较佳地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重建炉膛内火焰三维结构的采集装置，其特征在于，其包括内窥镜系统、光场相机和控制处理系统；该内窥镜系统用于将该炉膛内的待测火焰图像通过石英镜头和传像光路引出至炉膛外并与该光场相机相匹配，其包括一水冷夹套、一固定有该石英镜头的传像部件和一固定于该光场相机与该水冷夹套的端部之间的连接部件，该水冷夹套包括一内层和一外层，该内层内形成有一内腔，该内层与外层之间形成有一外腔；该传像部件固定于该连接部件上且位于该内腔内，该传像光路位于传像部件内且与该传像部件同轴设置，该传像光路位于该石英镜头与该光场相机之间，该传像部件与该内层之间形成有一用于通入惰性气体吹扫该石英镜头的气流通道，该外腔内用于通入冷却水冷却该传像光路和石英镜头；该光场相机用于接收该传像光路上的光像形成待测火焰不同成像路径的微像并转化为电信号传输至该控制处理系统中；该控制处理系统用于将收到的电信号转换为二维光场数据，并对不同成像路径的微像进行数字重聚焦，得到三维光亮度分布。

【技术特征摘要】
1.一种重建炉膛内火焰三维结构的采集装置，其特征在于，其包括内窥镜系统、光场相机和控制处理系统； 该内窥镜系统用于将该炉膛内的待测火焰图像通过石英镜头和传像光路引出至炉膛外并与该光场相机相匹配，其包括一水冷夹套、一固定有该石英镜头的传像部件和一固定于该光场相机与该水冷夹套的端部之间的连接部件，该水冷夹套包括一内层和一外层，该内层内形成有一内腔，该内层与外层之间形成有一外腔； 该传像部件固定于该连接部件上且位于该内腔内，该传像光路位于传像部件内且与该传像部件同轴设置，该传像光路位于该石英镜头与该光场相机之间，该传像部件与该内层之间形成有一用于通入惰性气体吹扫该石英镜头的气流通道，该外腔内用于通入冷却水冷却该传像光路和石英镜头； 该光场相机用于接收该传像光路上的光像形成待测火焰不同成像路径的微像并转化为电信号传输至该控制处理系统中； 该控制处理系统用于将收到的电信号转换为二维光场数据，并对不同成像路径的微像进行数字重聚焦，得到三维光亮度分布。2.如权利要求1所述的采集装置，其特征在于，该外腔通过一连接管形成一用于通入冷却水的第一冷却通道和第二冷却通道，该连接管靠近该光场相机的一端固定与该连接部件上，该第一冷却通道远离该光场相机的一端与该第二冷却通道相通，该内层的外壁与该连接管的内壁之间以及该连接管的外壁与该外层的内壁之间分别设有一第一螺旋部件和一第二螺旋部件，该 第一螺旋部件绕该内层轴线的旋转方向与该第二螺旋部件绕该连接管轴线的旋转方向相反。3.如权利要求2所述的采集装置，其特征在于，该内层靠近该光场相机的一端部设有一与气流通道相连通的气体进口。4.如权利要求2所述的采集装置，其特征在于，该外层靠近该光场相机的一端部设有一与第一冷却通道相连通的冷却水进口，该连接管靠近该光场相机的一端部设有一与第二冷却通道相连通的冷却水出口。5.如权利要求1所述的采集装置，其特征在于，该外层的外壁上套设有一第一法兰，该水冷夹套通过该法兰固定于炉膛内。6.如权利要求1所述的采集装置，其特征在于，该连接部件沿该水冷夹套的轴线方向从左至右依次包括一与该光场相机相匹配的光像转接部件、一...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚岩，于广锁，郭庆华，梁钦锋，周志杰，代正华，陈雪莉，王辅臣，刘海峰，王亦飞，龚欣，许建良，李伟锋，王兴军，郭晓镭，刘霞，陆海峰，赵辉，李超，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31