【技术实现步骤摘要】
折射率场重建方法、装置及存储介质
[0001]本专利技术涉及高温气体测量领域，具体是一种基于背景导向纹影技术的高温气体非定常流动三维折射率场重建方法。
技术介绍
[0002]随着现代航空航天，能源动力，导弹和火箭等技术的快速发展，迫切需要适用于高温范围的复杂流场关键参数测量技术。特别是在工业领域，燃烧过程通常涉及结构复杂的湍流火焰，研究区域跨越了很大的长度和时间范围并促进了混合和传热。为了观察火焰的传播，褶皱，涡旋脱落，涡旋破碎，旋进射流和再循环等重要特征，瞬时三维流场的测量是近年来的研究重点。拉曼光谱，瑞利光谱，激光诱导荧光光谱和吸收光谱学已被结合起来以同时获得多参数的高分辨率测量结果。然而基于激光的方法成本高且具有复杂的光学、控制和数据采集系统，成本和安全问题限制了设备的移动性和测量目标的范围。由于对燃烧中的变量进行三维定量测量才能获得关键的统计数据，包括火焰褶皱的破坏、平面外耗散率与曲率波动等。对瞬时三维数据的需求以及激光诊断的高成本和复杂性产生了对用于火焰等高温热流体测量的替代设备的需要。
[0003]背景导...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种折射率场重建方法，其特征在于，包括：对背景导向纹影重建模型的层析投影矩阵弦长进行优化；对背景导向纹影重建模型的光线偏折变换比例进行优化；采用优化后的层析投影矩阵弦长和光线偏折变换比例，计算层析投影矩阵；根据计算得到的层析投影矩阵，利用背景导向纹影层析重建模型进行折射率场重建。2.根据权利要求1所述的折射率场重建方法，其特征在于，对背景导向纹影重建模型的层析投影矩阵弦长进行优化的方法为：为描述光线的传播过程，建立世界坐标系(x,y,z)作为整个系统的绝对坐标系；在获取重建折射率场后，根据笛卡尔坐标系中的光线传播方程进行光线追迹：其中，r为光线路径上某点的位置坐标(x,y,z)，n(r)为r点的折射率，s表示光线传播的行进距离，ds为沿光线的微分距离；表示r点的折射率梯度；定义变量t将式(1)转化为常微分方程：使用龙格库塔公式计算位置向量R，计算步长为Δt：式中，T表示光线上某点的方向与折射率的乘积；k1、k2、k3表示龙格库塔公式中的斜率；利用泰勒公式计算光线与测量区域边界的交点位置r及光线离开测量体积时的方向ω：式中，r0、ω0分别表示使用龙格库塔公式进行光线追迹超出边界前的最后一个位置的
坐标向量与方向向量，s表示光线传播的行进距离；根据公式(3)(4)及选取的步长计算光线在控制体每个体素中的弦长Δs'
ij
。3.根据权利要求2所述的折射率场重建方法，其特征在于，对背景导向纹影重建模型的光线偏折变换比例进行优化的方法为：为描述在每个相机的图像平面建立图像坐标系(u,v)，根据公式(3)(4)计算得到光线与测量区域边界的交点位置r及光线离开测量体积时的方向ω，由出射点位置B发出的任意方向的光线均会经过共轭像点，获得光线与图像平面的交点D；根据镜头模型参数计算光线与相机图像平面的交点：其中，D
u,v
，C
u,v
，B
u,v
分别为交点D、主面位置C及出射点位置B在图像坐标系中的坐标；z
ii
为光线出射点位置B所对应的理想成像距离，M为光线离开光线出射点B所对应的理想成像放大率，l为光线离开光线出射点B到物方主面的距离；确定光线与相机图像平面的交点后即可计算光线三维偏移δ0与图像平面二维偏移δ
i
之间的变换比例λ：间的变换比例λ：式中，S
0i
表示由第i根光线在所有体素中的穿行弦长组成的向量，e∈(x,y,z)表示世界坐标系，D
e
为一阶有限差分矩阵，其第i行对应第i个体素，在第i行中元素的位置对应计算第i个体素的折射率梯度所需的体素在向量中的位置。4.根据权利要求3所述的折射率场重建方法，其特征在于：采用优化后的层析投影矩阵弦长和光线偏折变换比例，计算层析投影矩阵S：S
ij
＝Δs
′
ij
·
λ/d
u,v
ꢀꢀ
(8)式中，S
ij
表示第i行第j列的元素表示第j个体素对第i根光线的偏折贡献权重；λ为变换比例；d
u,v
表示相机图像平面u、v方向的像素尺寸；Δs'
ij
为光线在控制体每个体素中的弦长。5.根据权利要求4所述的折射率场重建方法，其特征在于，根据计算得到的层析投影矩阵S，利用背景导向纹影层析重建模型进行折射率场重建的方法，包括：光线的传播过程遵循费马定理，在笛卡尔坐标系中的光线传播方程可表示为其中，r为光线路径上某点的位置坐标(x,y,z)，n为该点的折射率，...
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