基于相机阵列的火焰发射层析重建装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于相机阵列的火焰发射层析重建装置及重建方法，用于实际中有限探测窗口下燃烧场物理参数的高分辨率三维重建。本发明专利技术所述装置由M个CCD相机与一个环形光学平台构成，所述的M个CCD相机以阵列排布的方式从P个有限探测窗口环绕待测场放置于光学平台上，对火焰辐射投影进行实时同步采集。本发明专利技术装置可实现有限探测窗口下的流场高方向数高分辨率投影数据获取，通过对CCD相机的内外参数进行精确标定，更加准确的匹配多方向投影图，重建精度更高；利用结合OMP（Orthogonal Matching Pursuit）的ART重建算法,可实现快速收敛。相较于基于光场成像的三维层析成像装置，可以一次性重建得到整个火焰场的三维分布，且重建空间分辨率高，装置成本较低，易于应用。

【技术实现步骤摘要】
基于相机阵列的火焰发射层析重建装置及方法
本专利技术属于光学测量领域，具体涉及一种基于相机阵列的有限角度火焰发射层析重建装置及其方法。
技术介绍
燃烧场的全场显示与关键物理参数三维定量测量，是现代航空、航天、导弹及能源工程中军事装备研究和工业仪器设计的基础。火箭尾焰、高音速激波场、超音速风洞和炉内燃烧场等流场参数的三维定量测量与流动显示，可以为军事中飞行器发动机优化设计、工业中炉膛结构改进、燃料燃烧效率提高等研究提供重要的实测依据。发射计算层析技术(EmissionComputerizedTomography，ECT)是将燃烧场发射光强度测量与计算层析理论(ComputerizedTomography，CT)相结合，利用获取的被测场多方向投影数据，重建待测场物理参数的三维分布。此种方法不仅能够实现燃烧场的非接触、瞬态测量，而且光路结构简单紧凑，对测量环境要求低，可定量测量流场多种物理参量(温度、密度、成份)的三维分布，目前已用于燃烧成分监测、故障监控、流场三维轮廓显示等。ECT重建的数学理论基础是逆Radon变换，多方向投影数据的采集是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相机阵列的火焰发射层析重建装置，其特征在于：由M个CCD相机以阵列排布的方式构成，以在有限的光学探测窗口获取多方向的高分辨率投影数据；/n所述M个CCD相机平均分为P个窗口排列，每个窗口内分布2n个CCD相机，其中M≥12，P≥3，n≥2，M＝2nP；/n每个窗口内的CCD相机按照2×n的阵列排布，每一列的两个CCD相机间隔固定在同一个支架上，两个支架固定在环形光学平台上，两个支架之间的夹角为10°～15°，环绕待测火焰场的P个探测窗口均匀分布在环形光学平台180°平面范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于相机阵列的火焰发射层析重建装置，其特征在于：由M个CCD相机以阵列排布的方式构成，以在有限的光学探测窗口获取多方向的高分辨率投影数据；
所述M个CCD相机平均分为P个窗口排列，每个窗口内分布2n个CCD相机，其中M≥12，P≥3，n≥2，M＝2nP；
每个窗口内的CCD相机按照2×n的阵列排布，每一列的两个CCD相机间隔固定在同一个支架上，两个支架固定在环形光学平台上，两个支架之间的夹角为10°～15°，环绕待测火焰场的P个探测窗口均匀分布在环形光学平台180°平面范围内。


2.根据权利要求1所述的基于相机阵列的火焰发射层析重建装置，其特征在于：每一列的两个CCD相机沿高度方向设置，位于下方的CCD相机的成像中心与火焰中心的连接线平行于环形光学平台，同一列中的两个CCD相机之间的间距为a，5cm≤a≤20cm。


3.根据权利要求1或2所述的基于相机阵列的火焰发射层析重建装置，其特征在于：CCD相机阵列以火焰为中心，固定于光学平台上环绕火焰分布，每个固定架距离火焰的距离均为固定值b，20cm≤b≤120cm。


4.根据权利要求1～3中任意一项所述的基于相机阵列的火焰发射层析重建装置，其特征在于：同一时刻M个CCD相机同时采集火焰发射光强度投影。


5.一种基于相机阵列的火焰发射层析重建装置的重建方法，其特征在于，先对各CCD相机的空间位置以及CCD相机的相距进行精确标定，再利用结合OMP的ART重建算法实现对火焰的三维重建。


6.根据权利要求5所述的基于相机阵列的火焰发射层析重建装置的重建方法，其特征在于，重建的步骤如下：
步骤1：调整CCD相机距离和CCD相机焦距，对标定板和火焰进行拍摄，分别得到M个CCD相机所拍摄到的标定板图像和火焰图像；
步骤2：以M个CCD相机拍摄的标定板图像为基础，对装置中各CCD相机进行精确的标定，确定CCD相机的像距和空间位置参数；
步骤3：将重建区域划分为等大小的离散网格，利用得到的CCD相机空间位置参数和CCD相机相距，计算得到整个装置的投影权重矩阵；
步骤4：根据权重矩阵，结合基于OMP的ART算法，实现对火焰中相关光谱发射强度的三维精确重建。


7.根据权利要求6所述的基于相机阵列的火焰发射层析重建装置的重建方法，其特征在于，步骤1中调整CCD相机距离和CCD相机焦距，对标定板和火焰进行拍摄，分别得到M个CCD相机所拍摄到的标定板图像和火焰图像，具体如下：
步骤1-1、用标定板替换火焰，使得标定板的中心与原先的火焰中心重合；
步骤1-2、标定板替换火焰后，对CCD相机的位置进行调节，确保每一列的两个CCD相机中位于下方的CCD相机的中心与标定板中心重合，并且他们的连线与光学平台平行，每一列上下两个CCD相机之间的距离相等；再调节每一个CCD相机焦距，使得CCD相机显示出最清晰的图像；
步骤1-3、调节完成后，拍摄标定板，得到M个CCD相机所拍摄的标定板图像，用火焰将标定板替换下来，火焰的中心与标定板的中心重合，然后进行火焰的投影获取，得到M个CCD相机所拍摄的火焰辐射投影图像。


8.根据权利要求7所述的基于相机阵列的火焰发射层析重建装置的重建方法，其特征在于，所述标定板包括长方形板和长方体，长方形板固定在长方体顶面，且与长方体的背板共面；
长方形板上分布着13个圆点，其中12个圆点按照3行4列均匀排布，自上向下的第二行与第三行的正中间的点为第13个圆点，第13个圆点作为所述标定板的中心点；
所述长方体板的正面板上设置了13个点，其中12个点按照3行4列均匀排布，自上向下的第二行与第三行的正中间的点为第13个点，第13个点作为所述正面板的中心点，两块侧板上的点的排布方式相同，每块侧板上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭珍艳，荣韶华，宋旸，冉江川，金莹，蔡华俊，渠向举，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32