【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风洞流场测量，具体涉及一种风洞流场的时间分辨偏振成像装置及方法。
技术介绍
1、风洞是开展飞行器地面试验研究的重要设备，在风洞中进行飞行器气动性能研究，通常需要对模拟飞行器飞行环境的风洞流场进行可视化成像测量，研究飞行器的与周围流场的相互作用。时间分辨流场成像技术是指应用流场成像方法去拍摄一系列具有时间关联性的流场图像，利用时间分辨流场图像分析流场随着时间的变化过程，进一步研究飞行器的空气动力特性随时间变化规律。但是该技术都是基于光强进行成像，由于光强信号易受到背景干扰同时难以量化，导致时间分辨的流场图像除了流场自身变化带来的信号改变，还存在光强不均匀、成像角度差异等问题带来的信号误差，不利于对时间分辨流场图像的定量化分析处理。
2、偏振成像技术作为传统探测技术与偏振光学原理相结合的新兴交叉学科发展迅速，其利用偏振信息(偏振度、偏振角等)代替光强信息，可以弥补传统光强可视化技术的不足，具有广阔的应用前景和发展潜力。但是利用单一偏振成像系统连续拍摄序列化时间分辨图像，无法满足对风洞流场成像的需求，风洞流场(特别是高速风洞流场)随时间变化速率很快，要求时间分辨成像测量必须在非常短时间间隔内完成，一方面现有成熟的偏振成像产品，其成像速率跟不上时间分辨测试的要求；另一方面，从定量化角度分析要求时间分辨的成像结果除了流场本身变化外，没有其它因素的干扰，但是现有时间分辨测试技术，通常采用的多相机阵列拍摄方式，其成像视角差异、不同观察角度偏振信号是否一致等问题还没有得到解决。因此，目前亟需一种可以进行风洞流场的时间分
技术实现思路
1、鉴于现有技术的上述不足，本专利技术提供一种风洞流场的时间分辨偏振成像装置及方法，有效解决现有偏振成像技术在风洞的时间分辨流场成像中成像速率跟不上时间分辨测试的要求，同时由于成像视角差异、不同观察角度偏振信号不一致造成无法定量化分析的问题。
2、第一方面，本专利技术提供一种风洞流场的时间分辨偏振成像装置，该装置包括：风洞、粒子发生器、多腔激光器、同步控制器、控制系统、偏振相机阵列，所述控制系统连接所述同步控制器和所述偏振相机阵列，所述同步控制器连接所述多腔激光器和所述偏振相机阵列，其中：
3、所述粒子发生器用于向所述风洞提供粒子作为示踪剂；
4、所述多腔激光器用于按照第一工作时序依次照明风洞流场；
5、所述偏振相机阵列用于按照第二工作时序依次成像获取时间序列图像，所述偏振相机阵列包括多台分焦平面偏振相机，每台所述分焦平面偏振相机设置x轴、y轴和z轴三个方向的平移调节机构，同时设置俯仰、滚转和偏航三个角度方向的微调机构，并且每台所述分焦平面偏振相机配备相同规格的成像镜头，所述分焦平面偏振相机和所述成像镜头之间设置倾斜-移轴ts结构；
6、所述控制系统和所述同步控制器用于控制所述多腔激光器和所述偏振相机阵列的协同工作。
7、第二方面，本专利技术提供一种风洞流场的时间分辨偏振成像方法，该方法应用于本专利技术第一方面所述风洞流场的时间分辨偏振成像装置，所述方法包括如下步骤：
8、对偏振相机阵列的每台偏振相机进行标定，获得每台所述偏振相机的标定参数；
9、根据风洞的实验段尺寸和待测量的流场区域确定所述偏振相机阵列的排布方式；
10、将排布完成后的偏振相机阵列进行水槽标定实验对每个所述偏振相机不同成像视角下获取的偏振信号进行修正；
11、将进行所述水槽标定实验后的偏振相机阵列安装到风洞测量现场，获取每台所述偏振相机的标定板图像和预拍摄原始图像；
12、根据所述标定参数和所述标定板图像对所述预拍摄原始图像进行相机误差校正、偏振信息解算和图像畸变校正处理，获得预拍摄结果；
13、根据所述预拍摄结果评估所述偏振相机阵列拍摄同一目标信息是否满足测量一致性要求，若不满足则重复上述步骤，若满足则利用所述偏振相机阵列获取风洞流场的时间分辨偏振图像。
14、进一步的，对偏振相机阵列的每台偏振相机进行标定，获得每台所述偏振相机的标定参数，具体包括：
15、采用标准光源作为输入，通过测量每台所述偏振相机在标准光源信号条件下的输出，获得每台所述偏振相机的标定参数；
16、根据所述标准光源和所述标定参数对每台所述偏振相机的标定效果进行检验，确定标定合格的偏振相机。
17、进一步的，所述标定参数包括微偏振片角度修正值、响应度修正系数和响应偏移。
18、进一步的，所述偏振相机阵列的排布方式包括：多台所述偏振相机并排布置、多台所述偏振相机分成上下两排并列布置、多台所述偏振相机在风洞实验段两侧对称布置。
19、进一步的，将排布完成后的偏振相机阵列进行水槽标定实验对每个所述偏振相机不同成像视角下获取的偏振信号进行修正，具体包括：
20、根据风洞流场内示踪粒子的状态参数设置水槽中示踪粒子的状态参数；
21、调整多腔激光器的激光片光照明水槽的位置、所述偏振相机阵列距离所述激光片光的位置以及所述偏振相机阵列的拍摄位置；
22、通过所述偏振相机阵列对同一时刻激光照明下参数已知的示踪粒子散射光偏振信息进行测量，每个所述偏振相机获得同一目标在不同视角下的偏振信号；
23、根据每个所述偏振相机的偏振信号差异和相机视角对所述偏振信号进行修正。
24、进一步的，将进行所述水槽标定实验后的偏振相机阵列安装到风洞测量现场，获取每台所述偏振相机的标定板图像和预拍摄原始图像，具体包括：
25、调整多腔激光器的激光片光照明风洞流场的位置、所述偏振相机阵列距离所述激光片光的位置以及所述偏振相机阵列拍摄位置与所述水槽标定实验中相应的位置一致；
26、在拍摄区域放置用于不同偏振相机角度修正的标定板，获得标定板图像；
27、运行风洞和时间分辨偏振成像装置拍摄同一个激光片光照明时刻的流场图像，获取每台偏振相机的预拍摄原始图像。
28、进一步的，根据所述标定参数和所述标定板图像对所述预拍摄原始图像进行相机误差校正、偏振信息解算和图像畸变校正处理，获得预拍摄结果，具体包括：
29、利用所述标定参数对所述预拍摄原始图像进行校正，消除每台所述偏振相机的系统误差；
30、根据分焦平面偏振成像方法解算消除偏振相机系统误差后图像的偏振信息，再对解算偏振信息后的图像进行降噪处理；
31、利用所述标定板图像对经过降噪处理后的图像进行空间位置畸变的修正，获得每台所述偏振相机的预拍摄结果。
32、进一步的，所述偏振相机的系统误差包括微偏振片角度误差、传感器响应度误差和偏移误差。
33、进一步的，根据所述预拍摄结果评估所述偏振相机阵列拍摄同一目标信息是否满足测量一致性要求采用图像一致性处理方法进行评估，所述图像一致性处理方法包括均方误差算法、峰值信噪比算法和余弦相似度算法中的一种或多本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风洞流场的时间分辨偏振成像装置，其特征在于，该装置包括：风洞、粒子发生器、多腔激光器、同步控制器、控制系统、偏振相机阵列，所述控制系统连接所述同步控制器和所述偏振相机阵列，所述同步控制器连接所述多腔激光器和所述偏振相机阵列，其中：
2.一种风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1所述风洞流场的时间分辨偏振成像装置，所述方法包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，对偏振相机阵列的每台偏振相机进行标定，获得每台所述偏振相机的标定参数，具体包括：
4.根据权利要求3所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，所述标定参数包括微偏振片角度修正值、响应度修正系数和响应偏移。
5.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，所述偏振相机阵列的排布方式包括：多台所述偏振相机并排布置、多台所述偏振相机分成上下两排并列布置、多台所述偏振相机在风洞实验段两侧对称布置。
6.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，
7.根据权利要求6所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，将进行所述水槽标定实验后的偏振相机阵列安装到风洞测量现场，获取每台所述偏振相机的标定板图像和预拍摄原始图像，具体包括：
8.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，根据所述标定参数和所述标定板图像对所述预拍摄原始图像进行相机误差校正、偏振信息解算和图像畸变校正处理，获得预拍摄结果，具体包括：
9.根据权利要求8所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，所述偏振相机的系统误差包括微偏振片角度误差、传感器响应度误差和偏移误差。
10.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，根据所述预拍摄结果评估所述偏振相机阵列拍摄同一目标信息是否满足测量一致性要求采用图像一致性处理方法进行评估，所述图像一致性处理方法包括均方误差算法、峰值信噪比算法和余弦相似度算法中的一种或多种。
...【技术特征摘要】
1.一种风洞流场的时间分辨偏振成像装置，其特征在于，该装置包括：风洞、粒子发生器、多腔激光器、同步控制器、控制系统、偏振相机阵列，所述控制系统连接所述同步控制器和所述偏振相机阵列，所述同步控制器连接所述多腔激光器和所述偏振相机阵列，其中：
2.一种风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1所述风洞流场的时间分辨偏振成像装置，所述方法包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，对偏振相机阵列的每台偏振相机进行标定，获得每台所述偏振相机的标定参数，具体包括：
4.根据权利要求3所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，所述标定参数包括微偏振片角度修正值、响应度修正系数和响应偏移。
5.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振成像方法，其特征在于，所述偏振相机阵列的排布方式包括：多台所述偏振相机并排布置、多台所述偏振相机分成上下两排并列布置、多台所述偏振相机在风洞实验段两侧对称布置。
6.根据权利要求2所述的风洞流场的时间分辨偏振...
【专利技术属性】
技术研发人员：何霖，张恒，单晨宇，陆小革，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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