【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气动光学，具体涉及一种多反射透镜纹影自动标定测量待测流场密度的方法。
技术介绍
1、在工程热物理和流体力学领域中，应用光学显示技术研究气流的速度场、浓度场、温度场是很重要的，其中使用普遍的是纹影系统。纹影系统包括沿直线方向依次设置的光源、第一纹影镜、第二纹影镜、刀口以及相机，第一纹影镜与第二纹影镜之间为测试段，光源发出的光线依次通过第一纹影镜、测试段以及第二纹影镜后在相机的镜头上成像。
2、纹影法是由光源发出的一束平行光线，并且用刀口切割纹影图像。由于光线在通过气流密度不均匀的测试段时会发生偏转，且光线通过密度不同的流场时发生的偏转程度不同，从流场出射的光线产生一定角度的偏折，经第二纹影镜的会聚作用之后在刀口位置生成不同的偏移量，导致光线被刀口所切割的程度不同，进而导致光线在镜头上的成像光强分布不同；流场密度的测量需要建立在流场密度与纹影图像灰度大小之间的对应关系曲线事先标定的基础上，而刀口的精确调整是获得该对应关系曲线的关键。实验对刀口的调试要求较高，一方面，刀口与纹影光路的焦面重合可确保灵敏度一致以及纹影图像亮度均匀；另一方面，可根据实验条件选择合适的刀口切割量。因此在标定刀口时需要将刀口精确定位在第二纹影镜的焦面处。
3、传统的刀口标定方法通常需要人工测量和调整，耗时耗力且存在人为误差。同时，由于刀具尺寸和形状的复杂性，标定过程中的准确性和一致性也难以保证。因此，亟需一种新的标定测量方法来实现自动标定刀口以及待测流场密度的测定，以提高测定工艺的可靠性和效率。
1、本专利技术目的在于提供一种多反射透镜纹影自动标定测量待测流场密度的方法，以解决采用人工手动调试标定测量流场密度时的效率和可靠度较低的问题。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种多反射透镜纹影自动标定测量待测流场密度的方法，包括以下步骤：
4、s1、设置标定测量装置：将光源、第一纹影镜、第二纹影镜以及相机依次沿直线方向设置，在第二纹影镜与相机之间设置平移装置，平移装置包括轴向平移台以及位于轴向平移台上方的切割平移台，轴向平移台可带动切割平移台沿光源的主光轴方向往复平移，在切割平移台上设置刀口，切割平移台可带动刀口升降，且轴向平移台以及切割平移台均由运动控制器进行控制；
5、s2、自动寻焦：轴向平移台定量调节刀口沿光源主光轴方向的位移，当相机获得的纹影图像亮度最均匀时对应刀口的坐标即为透镜的焦面位置，通过轴向平移台将刀口移动至第二纹影镜的焦面位置；
6、切割平移台带动刀口对光源像进行定量的切割遮挡，将纹影图像亮度最小和最大时刀口的坐标相减得到光源像的宽度；
7、s3、标定刀口的偏移量曲线：向第一纹影镜与第二纹影镜之间引入基准密度已知的标准流体样品，通过切割平移台控制刀口对光源像进行定量切割，得到纹影图像灰度值与刀口偏移量之间的对应关系曲线；
8、s4、测量待测流场密度：通过切割平移台将刀口移动至纹影图像亮度最大时的位置，向第一纹影镜与第二纹影镜之间引入待测流场，相机将此时的纹影图像传输至计算机，通过计算机得出纹影图像的灰度值，根据纹影图像的灰度值可在刀口的偏移量曲线上得出对应的刀口偏移量数据；
9、然后通过公式计算出待测流场在y轴方向上的密度，其中，y轴为垂直于主光轴的一根竖直坐标轴，为标准流体样品的基准密度， k表示gladstone－dale常数， l表示流场沿光路的厚度，表示第二纹影镜的焦距，是参考刀口位置，、均是光线的偏移量，且光线的偏移量与刀口的偏移量相同。
10、进一步地，步骤s2中，在纹影图像的一字形领域中，设中间像素点坐标为，位于中间像素点左侧的像素点坐标为，位于中间像素点右侧的像素点坐标为，中间像素点与其左侧像素点的灰度值之差为 d left，中间像素点与其右侧像素点的灰度值之差为 d right；
11、设定阈值 ｔ0，当 d left和 d right的相减结果的绝对值大于 t 0时，记录下上述中间像素点坐标；
12、重复上述步骤对纹影图像每行像素点进行分析处理，得到n个中间像素点坐标，这些中间像素点构成了镜头有效区，通过公式计算得到纹影图像灰度值的样本标准差，进而确定纹影图像亮度最均匀时对应轴向平移台的坐标；其中，为纹影图像灰度值的样本标准差，为镜头有效区内第i个中间像素点坐标的灰度值；i=1，2…n；为镜头有效区内所有图像点的灰度平均值。
13、本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
14、本方案设计完善了纹影测量装置，并将纹影测量装置用于对空气密度场的测量，通过轴向平移台以及切割平移台对刀口的位移进行定量控制，实现了对刀口进行自动寻焦的过程，利用多反射透镜构成的标定阵列，准确地生成刀口标定线，消除了传统标定过程中的人工误差，提高了标定过程的准确性和效率，进而有利于提高测量待测流场密度的可靠性和效率。
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1.一种多反射透镜纹影自动标定测量待测流场密度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多反射透镜纹影自动标定测量待测流场密度的方法，其特征在于：步骤S2中，在纹影图像的一字形领域中，设中间像素点坐标为，位于中间像素点左侧的像素点坐标为，位于中间像素点右侧的像素点坐标为，中间像素点与其左侧像素点的灰度值之差为Dleft，中间像素点与其右侧像素点的灰度值之差为Dright；
【技术特征摘要】
1.一种多反射透镜纹影自动标定测量待测流场密度的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多反射透镜纹影自动标定测量待测流场密度的方法，其特征在于：步骤s2中，在纹影图像的...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹江萍，卢耀辉，张艳斌，王北昆，李刚，彭元辉，陈文娅，
申请(专利权)人：中国测试技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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