一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置及诊断方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置及诊断方法，属于化学发光三维重建，包括拍摄装置，重建装置、基底平台；所述拍摄装置中相机固定于所述基底平台的顶面，所述拍摄装置用于获取任一方向火焰的二维信息；所述重建装置与所述拍摄装置信号连接，基于所述重建装置中的Halcon标定板进行标定，所述重建装置用于对所述二维信息进行反演，得到火焰的三维信息。本发明专利技术能在高时间分辨率下(5kHz)从不同角度对火焰进行拍摄的实验装置和对传像束各个位置进行定位且易于操作的诊断方法来满足火焰三维重建的需求。来满足火焰三维重建的需求。来满足火焰三维重建的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置及诊断方法


[0001]本专利技术属于化学发光三维重建领域，尤其涉及一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置及诊断方法。

技术介绍

[0002]在火焰的燃烧过程中，会出现一些特定波长的基团，如CH
*
(430nm)、OH
*
(307nm)等，这些基团可以作为天然的示踪粒子可以反映火焰燃烧过程中火焰形态特征、热释放率等各类燃烧特征参数。化学发光三维重建技术主要是通过从多个不同角度的视角记录火焰的二维信息，这些二维信息反映了火焰沿相机成像方向路径的积分信息，需要利用重建算法来反演火焰的三维信息。
[0003]目前，国内外三维重建的研究中，获取投影的方法主要有两种：一种是直接利用CCD相机，另一种是CCD相机结合光纤传像束。直接利用CCD相机获取投影需要多台相机。特别是在进行高时间分辨率的火焰燃烧过程重建时，需要多台高速相机，极大的提高了实验成本。另一方面，相机的体积较大，一些工业现场的情况较为复杂，常出现实验模型的观察窗口小、相机不易摆放等问题。光纤传像束具有重量轻、柔韧性好、自由度大等优势，打破了传统光学系统必须成直线或空间折线排列的固定格局，解决了光路受限的问题。同时多合一的传像束能够减少高速相机的使用数量，降低了实验成本。传像束在使用时输入端需要配备前置物镜，通过物镜使目标物体成像在传像束输入端，再通过每根传像束中的光纤传到输出端，通过目镜或耦接镜被CCD接收。测量不同类型的火焰所需的前置物镜参数也不同，需要一套易于更换的装置来满足不同类型火焰投影获取的需求。在重建前，需要知道各个传像束的空间位置关系，一般使用精密的机械装置来控制，这种方法对制造的要求高，实现较为困难。
[0004]鉴于此，有必要设计一种方便的、能在高时间分辨率下(5kHz)从不同角度对火焰进行拍摄的实验装置和对传像束各个位置进行定位且易于操作的诊断方法来满足火焰三维重建的需求。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置及诊断方法以解决上述现有技术中存在的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置，包括拍摄装置，重建装置、基底平台；
[0008]所述拍摄装置中相机固定于所述基底平台的顶面，所述拍摄装置用于获取任一方向火焰的二维信息；
[0009]所述重建装置与所述拍摄装置信号连接，基于所述重建装置中的Halcon标定板进行标定，所述重建装置用于对所述二维信息进行反演，得到火焰的三维信息。
[0010]优选的，所述拍摄装置包括：所述相机、多合一光纤传像束、摄像固定装置、C口镜头、夹具、耦接镜；
[0011]一个所述多合一光纤传像束输入端和一个所述C口镜头均与一个所述摄像固定装置螺栓连接，且所述C口镜头的镜头光心与所述多合一传像束输入端同轴；所述多合一光纤传像束输入端的数量和所述C口镜头的数量以及所述摄像固定装置的数量相等；
[0012]利用所述夹具固定所述多合一光纤传像束输出端于所述相机中心位置；所述多合一光纤传像束输出端通过所述耦接镜与所述相机信号连接。
[0013]优选的，所述重建装置，包括：所述Halcon标定板、燃烧器；数据处理装置；
[0014]移动所述Halcon标定板，用于辅助计算C口镜头参数；
[0015]所述燃烧器设置于所述Halcon标定的世界坐标原点处；
[0016]所述数据处理装置与所述相机通信连接，用于对火焰图像进行三维重建，得到火焰的三维信息。
[0017]优选的，所述摄像固定装置包括镜头固定部件、光纤传像束固定部件、支撑部件；
[0018]所述镜头固定部件一端与所述光纤传像束固定部件一端固定连接；
[0019]所述镜头固定部件与所述光纤传像束固定部件连接处与所述支撑部件铰接。
[0020]一种高时间分辨率火焰三维重建的诊断方法，包括使用一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置，包括以下步骤：
[0021]S1.移动所述Halcon标定板，计算所述C口镜头参数；
[0022]S2.用USAF分辨率测试卡替换所述Halcon标定板，测量所述多合一传像束因分辨率减小带来的空间分辨率变化；
[0023]S3.将所述燃烧器设置于所述Halcon标定的世界坐标原点处并打开，所述拍摄装置拍摄火焰燃烧过程，得到火焰图像；
[0024]S4.根据所述火焰的体积和所述多合一传像束达到的空间分辨率，将所述火焰图像中火焰离散为相应数量的体素格子；
[0025]S5.所述数据处理装置对所述火焰图像进行批量分割，生成投影矩阵；
[0026]S6.所述数据处理装置中权重矩阵计算模块计算权重矩阵；
[0027]S7.基于所述投影矩阵和所述权重矩阵，利用迭代法对所述火焰图像进行三维重建；
[0028]S8.基于所述数据处理装置中的图像后处理模块显示所述火焰图像的三维信息。
[0029]优选的，移动所述Halcon标定板，计算所述C口镜头参数具体包括：
[0030]获取每个所述多合一光纤传像束输入端视角下不同位置的所述Halcon标定板，并计算每个C口镜头的内参；
[0031]将所述Halcon标定板置于所有所述多合一光纤传像束输入端视角交汇处，获取各个所述多合一光纤传像束输入端视角的标定板图像，并将所述标定板图像分割成相同大小，结合所述每个C口镜头的内参标定每个所述C口镜头的外参。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0033]在本专利技术中传像束输入端夹具和镜头保持同轴，输出端在CCD中心位置，最大程度减轻了镜头畸变带来的影响。镜头设计了C口螺纹孔，能够自由替换镜头，降低了操作的复杂性；同时在本专利技术中使用Halcon标定板进行传像束内外参数的标定，取代使用高精度机
械装置进行定位的方式，简化了实验装置的复杂度。使用光纤传像束后图像分辨率降低，使用棋盘格标定板标定时，角点提取困难；Halcon标定板基于在白色背景上的黑色圆点，使用灰度重心法能够准确的提取圆心位置，标定结果准确，标定误差在1
°
以内。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0035]图1为传像束和镜头的夹持装置；
[0036]图2为待测流场体素划分位置；
[0037]图3为重建装置示意图；
[0038]图4为使用Halcon标定板标定结果；
[0039]图5为不同时刻火焰的重建效果图。
具体实施方式
[0040]下面将结合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置，其特征在于，包括拍摄装置，重建装置、基底平台；所述拍摄装置中相机固定于所述基底平台的顶面，所述拍摄装置用于获取任一方向火焰的二维信息；所述重建装置与所述拍摄装置信号连接，基于所述重建装置中的Halcon标定板进行标定，所述重建装置用于对所述二维信息进行反演，得到火焰的三维信息。2.根据权利要求1所述的一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置，其特征在于，所述拍摄装置包括：所述相机、多合一光纤传像束、摄像固定装置、C口镜头、夹具、耦接镜；一个所述多合一光纤传像束输入端和一个所述C口镜头均与一个所述摄像固定装置螺栓连接，且所述C口镜头的镜头光心与所述多合一传像束输入端同轴；所述多合一光纤传像束输入端的数量和所述C口镜头的数量以及所述摄像固定装置的数量相等；利用所述夹具固定所述多合一光纤传像束输出端于所述相机中心位置；所述多合一光纤传像束输出端通过所述耦接镜与所述相机信号连接。3.根据权利要求2所述的一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置，其特征在于，所述重建装置，包括：所述Halcon标定板、燃烧器；数据处理装置；移动所述Halcon标定板，用于辅助计算C口镜头参数；所述燃烧器设置于所述Halcon标定的世界坐标原点处；所述数据处理装置与所述相机通信连接，用于对火焰图像进行三维重建，得到火焰的三维信息。4.根据权利要求2所述的一种高时间分辨率火焰三维重建的实验装置，其特征在于，所述摄像固定装置包括镜头固定部件、光纤传像束固定部件、支撑部件；所述镜头固定部件一端与所述光纤传像束固定部件一端固定连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：金熠，冯晓鸥，翟超，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：