一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法技术方案

本发明专利技术涉及一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法，内窥式火焰测量系统包括发动机缸体、光学通道、内窥镜探头、内窥镜适配器、可视化相机、相机适配器、相机导轨。图像处理方法包括将可视化相机采集缸内的火焰信息，首先通过图像标定系统对火焰温度进行处理，再通过坐标系转换系统对火焰可视化图像进行畸形校正，最后通过光强信号和图像饱和度的误差分析系统，实现发动机内窥式火焰参数的图像处理。该测量系统及图像处理方法可以实现内窥式发动机火焰的图像采集及处理，准确获取视场任意一点的温度数据以及整个视场的火焰温度统计学数据，通过图像校正方法，实现了三维火焰的二维参数化，便于对火焰参数进行提取。便于对火焰参数进行提取。便于对火焰参数进行提取。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法
(一)

[0001]本专利技术涉及发动机测试领域，具体是涉及一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法。
(二)
技术介绍

[0002]火焰参数是衡量燃烧过程的重要指标，对研究燃烧机理、提高性能、降低排放具有指导意义。发动机内窥式火焰测试具有实时测量，空间解析度高，光路简单，信号干扰少等优点，能够实现对火焰时空演化过程的大尺度连续测量，成为近年来研究的热点。但是内窥式可视化试验拍摄到的可视化图像具有图像畸变、图像立体的特点，如何对内窥式火焰图像进行处理成为了目前亟待解决的问题。
(三)
技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供了一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法，该测量系统及图像处理方法可以实现内窥式发动机火焰的图像采集及处理，准确获取视场任意一点的温度数据以及整个视场的火焰温度统计学数据，通过图像校正方法，实现了三维火焰的二维参数化，便于对火焰参数进行提取。为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0004]一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法，内窥式火焰测量系统包括发动机缸体、光学通道、内窥镜探头、内窥镜适配器、可视化相机、相机适配器、相机导轨。其特征在于，该图像处理方法包括：步骤1，通过可视化相机采集缸内的火焰信息，获得内窥式火焰可视化图像；步骤2，通过图像标定系统对火焰温度进行处理；步骤3，通过坐标系转换系统对火焰可视化图像进行畸形校正；步骤4，通过光强信号和图像饱和度的误差分析系统，对图像处理方法所得结果进行分析，满足需要，可对火焰参数进行参数提取，若不满足，则重新处理。
[0005]可选的，发动机缸体内的光学通道为等径圆柱体，内窥镜探头为石英材质，内窥镜适配器为中空结构，包括冷却空气进口、冷却空气出口、表面有螺纹结构，内窥镜探头和可视化相机之间通过相机适配器连接，相机适配器内部加工有内窥镜探头连接螺纹，与内窥镜探头连接，外部加工有可视化相机连接器，相机连接器外部为耐腐蚀橡胶结构，内部为中空结构，连接器内部顶端加工有石英玻璃窗口，直径与光纤探头直径一致。
[0006]其中，步骤2火焰可视化图像首先通过图像标定系统，标定系统对图像首先进行三原色分离，再通过标定好的辐射强度
‑
火焰温度对应关系，获得内窥式火焰温度参数。
[0007]可选的，辐射强度
‑
火焰温度对应关系通过黑体炉试验获得。
[0008]其中，步骤3火焰可视化图像校正系统针对鱼眼内窥式镜头进行径向畸变校正和切向畸变校正两方面，建立原始图像与畸变图像的映射关系，使畸变像素点归位，获得火焰温度二维可视化图像。
[0009]其中，步骤4图像处理误差分析系统包括标定板误差分析、图像饱和点分析和标定曲线误差分析。标定板误差分析要在发动机内部放置标准标定板，标定板平铺于活塞顶面，
通过倒拖发动机，获得动态标定板信息，与火焰图像对应分析；图像饱和点分析要剔除处理后不符合规律的数据点，剔除数据点通过相邻连通区域数据进行8
‑
邻域计算得到。标定曲线误差分析是指在标定实验中将实验数据通过不同拟合曲线拟合，拟合精确度的误差。
(四)附图说明
[0010]图1为本专利技术实施例所公开的内窥式火焰测量系统的结构示意图。
[0011]图2为本专利技术实施例所公开的内窥式火焰测量系统的可视化系统示意图。
[0012]图3为本专利技术实施例所公开的内窥式火焰图像处理方法步骤图。
(五)具体实施方式
[0013]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0014]需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0015]下面结合附图对本专利技术做更详细的描述：
[0016]参照图1
‑
2所示，一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法，内窥式火焰测量系统包括发动机缸体1、可视化相机2、相机导轨3、光学通道4、内窥镜探头5、冷却通道6、冷却空气进气口7、内窥镜适配器8、冷却空气出气口9、相机适配器10。其特征在于，发动机缸体内的光学通道4为等径圆柱体，内窥镜适配器8加工有外螺纹11和外螺纹12，外螺纹11用于将内窥镜适配器8固定于发动机缸体1上，光学通道4靠近缸体1表面加工有内螺纹，用于与外螺纹11匹配，起到固定密封作用。内窥镜探头5为石英材料，内窥镜适配器8为中空结构，包括冷却空气出气口8，冷却通道6，冷却空气从冷却空气进气口7进入，经过冷却通道6冷却内窥镜探头5，冷却后气体通过冷却空气出气口8排出内窥镜测量系统。相机适配器10前端加工有内螺纹，用于与外螺纹12连接，上方加工有冷却空气进气口7，与冷却通道6相连接，相机适配器10与可视化相机2连接部分为耐腐蚀橡胶结构，适配器顶端加工有石英玻璃窗口，直径与光纤探头直径一致。
[0017]参照图3所示内窥式火焰图像处理方法，其特征在于，该图像处理方法包括：步骤1，通过可视化相机采集缸内的火焰信息，获得内窥式火焰可视化图像；步骤2，通过图像标定系统对火焰温度进行处理；步骤3，通过坐标系转换系统对火焰可视化图像进行畸形校正；步骤4，通过光强信号和图像饱和度的误差分析系统，对图像处理方法所得结果进行分析，满足需要，可对火焰参数进行参数提取，若不满足，则重新处理。
[0018]其中步骤2中图像标定系统对火焰温度进行处理，标定系统对图像首先进行三原色分离，再通过标定好的辐射强度
‑
火焰温度对应关系，获得内窥式火焰温度参数，辐射强
度
‑
火焰温度对应关系通过黑体炉标定试验获得，标定试验与缸内火焰拍摄时的参数设置一致，标定时也要装备好内窥镜，内窥镜探头到黑体炉靶面的距离与实际测温时距离一致，其他参数如快门速度和拍摄速度需与实际测温时一致，同时关闭自动白平衡、自动增益等。
[0019]其中，步骤3火焰可视化图像校正系统针对鱼眼内窥式镜头进行径向畸变校正和切向畸变校正两方面，高速CMOS相机进行拍摄的时候，成像坐标经过多次变化，先是由世界坐标系转到内窥镜坐标系，再到摄像机坐标系，再被投影到成像平面坐标，最后再转到图像平面。
[0020]径向畸变的矫正公式为：
[0021]x
dr
＝x(1+k1r2+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法，内窥式火焰测量系统包括发动机缸体、光学通道、内窥镜探头、内窥镜适配器、可视化相机、相机适配器、相机导轨。其特征在于，该图像处理方法包括：步骤1，通过可视化相机采集缸内的火焰信息，获得内窥式火焰可视化图像；步骤2，通过图像标定系统对火焰温度进行处理；步骤3，通过坐标系转换系统对火焰可视化图像进行畸形校正；步骤4，通过光强信号和图像饱和度的误差分析系统，对图像处理方法所得结果进行分析，满足需要，可对火焰参数进行参数提取，若不满足，则重新处理。2.如权利要求1所述的一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法，其特征在于，发动机缸体内的光学通道为等径圆柱体，内窥镜探头为石英材质，内窥镜适配器为中空结构，包括冷却空气进口、冷却空气出口、表面有螺纹结构，内窥镜探头和可视化相机之间通过相机适配器连接，相机适配器内部加工有内窥镜探头连接螺纹，与内窥镜探头连接，外部加工有可视化相机连接器，相机连接器外部为耐腐蚀橡胶结构，内部为中空结构，连接器内部顶端加工有石英玻璃窗口，直径与光纤探头直径一致。3.如权利要求1所述的一种发动机内窥式火焰测量系统及图像处理方法，其特征在于，火焰可视化图像首先通过图像标定系统，标定系统对图像首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：李越，刘冰冰，王明雨，刘刚，崔文超，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：