一种粒子图像测速用电子标靶及其使用方法技术

一种粒子图像测速用电子标靶及其使用方法，包括硬件系统(软件开发平台和电子标靶主体)和软件系统；其中软件开发平台包括微型计算机和仿真器，电子标靶主体包括开发板和显示屏；微型计算机和仿真器通过JTAG接口数据线连接；仿真器和开发板之间采用20针排线连接；显示屏固定在开发板上，通过通用的32芯LCD接口连接；电子标靶主体脱离开发环境后独立工作；软件系统开发采用软件uVision，开发板的仿真采用软件J-link；电子标靶的引导程序加载于开发板上的闪存；电子标靶点阵设置通过触摸显示屏来完成，设置参数包括标点形状、尺寸、亮度、颜色和点阵间距；引导程序预留了开放式接口函数UDM来定义单个标点的形状、颜色和大小参数以实现用户自定义标点的标靶点阵。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种粒子图像测速用电子标靶，属于流动测速

技术介绍
粒子图像测速(Particle Image Velocimetry，简称PIV)是一种现代激光测速技术，主要运用于流场速度测量。通过追踪示踪粒子在流场中的运动来得到流场速度场。传统的PIV技术使用一个厚度在1毫米以下的激光片光源来照亮流场中的粒子，通过单个相机对粒子在很短时间内的位置进行追踪，来实现二维平面内的二维速度场测量(通常用2D2C 来表示)。PIV技术在航空航天、能源、化工和医学等领域都有非常广泛的应用。PIV技术里有个关键的实验环节叫标定，主要是为了建立物理测量区域和成像平面内一一对应的关系，即获得映射函数。标定时，将标靶放置于激光片光源照射区域，靶面完全和激光片光源重叠。然后通过成像记录标靶上标点的成像平面上的像素位置，并通过分析标点的物理位置和像素位置之间的关系来实现对物理测量区域的标定。这里标靶通常是一个平板，在标靶平面设置有几何排列的大小形状一致的标点阵，而标点可以为圆形、方形或者十字形的图案。目前PIV用常见的标靶为金属标靶，是在金属平板表面进行处理后将标点点阵印制在靶面，或者在靶面压制一个凹陷的标点阵。此类标靶的使用具有较多局限性。首先，标靶的点阵不能随不同实验工况的要求而改变，影响了它的适用性。比如改变相机视场大小后，会改变成像的放大率。这样对标靶上的标点大小和标点间距就会有不同的要求，而定制的金属标靶只能在一定使用范围内使用，不能随意改变标靶的点阵。其次，标靶的成像受到限制。因为金属标靶本身不是发光源，在成像时必须依靠外加光源的反射形成清晰的像，这对标靶的实用造成了一定的限制，同时标靶的成像质量也依赖于外加光源的强度和角度。 例如压制生成的标点，在外界光照下有时会在标点成像附近形成阴影不利于标点的识别。 这个现象在相机有视角的情况下显得更加突出。第三，标靶上标点的成像精度较难保证。 由于加工精度的限制，通常情况下标靶的加工精度往往落后于相机成像的分辨率。例如普通PIV实验，相机成像的分辨率在几微米或者几十微米，而标靶的制造中，标点的形状和尺度都很难达到这个精度。如果外加光源设置的不好，标定的精度更难保证了。本专利技术正是基于以上几点考虑，提出了一种粒子图像测速用电子标靶。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种粒子图像测速用电子标靶，用户能通过电子标靶TFT触摸屏的操作设置标靶点阵参数来实现具有不同形状、大小和间距的标靶点阵，以满足不同工况的PIV实验需求。本专利技术一种粒子图像测速用电子标靶，它包括硬件系统和软件系统两部分，硬件系统又包括软件开发平台和电子标靶主体两部分，其中软件开发平台包括微型计算机1和仿真器2，而电子标靶主体包括开发板3和显示屏4。该微型计算机1为通用的微型计算机，采用戴尔0PTIPLEX 960台式机，win764位系统，基本配置为htel Core2中央处理器，6GB 内存，ITB硬盘，ATI Radeon HD 4670独立显卡；该仿真器2采用ARM通用20针JTAG接口仿真器，版本8. 0 ；该开发板3选用神州一号STM32开发板，支持通用的2. 4/2. 8寸IXD液晶触摸屏；该显示屏4采用普通2. 8寸TFT触摸式显示屏。其中，微型计算机1和仿真器2 通过JTAG接口的数据线连接；仿真器2和开发板3之间采用20针排线连接；显示屏4固定在开发板3上，通过一个通用的32芯IXD接口连接。开发板3和显示屏4共同组成电子标靶主体，脱离开发环境后可独立工作，所需电源为独立配置或者通过开发板3上的USB接口和微型计算机1相连来获得。该软件系统其开发环境采用软件uVision IDE V4. 10，开发板3的仿真采用软件 J-IinkARM V4. 20。在软件uVision中配置仿真器2和开发板3，使uVision能通过仿真器 2识别开发板3。编译电子标靶的引导程序生成HEX文件，通过uVision自带的固件导入工具将此HEX装载于开发板3上的闪存(flash)，这样每次启动电子标靶都能自动运行该程序。安装引导程序后的电子标靶可以通过显示屏4上的提示，触摸显示屏4来操作设定点阵。本专利技术一种粒子图像测速用电子标靶的使用方法，其步骤如下(1)接通电子标靶电源，电子标靶自动开启并显示开机画面。(2)开机画面结束后出现点阵设置的操作界面，依次触摸选择设置选项，直至完成最后一个选择设置，电子标靶自动生成标点点阵。各个设置界面依次如下a)选择标点形状，即圆形、方形、十字形或用户自定义标点等。如果选择了用户自定义标点，那参数设置将直接跳转到步骤e进行标点间距d的设置。b)选择标点大小尺寸c，即3、5、7和9个像素大小；c)选择标点亮度类型，即等亮和高斯分布；d)选择标点颜色，即白色、绿色、红色和蓝色；e)选择标点间距d，即7、9、11和13个像素；(3)完成点阵参数设置后，弓丨导程序自动根据各参数显示电子标靶点阵。(4)如果用户想改变点阵的设置，按触摸屏上返回键就能返回到开机画面后的参数设置界面。重复步骤O)中的参数设置，能改变电子标靶上的点阵。电子标靶引导程序预留了开放式可编程接口函数UDMJP User Defined Mark (用户定义标点)。该接口提供了固定的函数结构，用户根据函数的结构自定义单个标点的形状、颜色和大小等参数。该UDM函数要求输入参数为空，返回值为无符号16位整数的二维矩阵(即标点颜色矩阵)，编译环境同样采用uVision开发平台。导入用户自定义的UDM函数通过uVision开发平台编译整个引导程序，将生成的HEX文件导入开发板3上的闪存(即 flash)，用户就能实现自定义标点的标靶点阵。本专利技术的功效和优点在于(1)电子标靶具备传统PIV测量用平面标靶的标定功能，同时较传统的平面标靶有更广的适用性，可以根据不同的实验要求改变标靶中点阵的形式，如标点形状、大小、间距等。而传统PIV用平面标靶在一次成型后就无法改变其点阵的形式。(2)电子标靶具有规则的点阵排布，且精度高。高质量的液晶显示屏具有非常高的分辨率，目前可用的液晶显示屏能能达到大于300ppi的分辨率，完全适用于PIV测量的标定需要。而且电子标靶在形成标点时能保证各标点几何形状、尺寸和间距一致，且精度能达到PIV实验数字相机成像的分辨率，大大减小了传统Piv用平面标靶在机械加工时造成的标点形状、大小和间距不一的误差。(3)电子标靶属于发光体，能自由调节标点的发光强度和颜色，这是普通PIV标靶不具备的特性。采用电子标靶标定时，实验将不需要外部光源辅助进行成像，这大大增强了电子标靶的适用性。根据不同的实验工况，针对标定过程中标点识别算法的不同，改变标点的颜色以及单个标点内部亮度分布，可以有效的提高标点识别和标定的精度。(4)电子标靶设计了开放式的可扩展编程接口使得用户可以根据自己需要开发特殊的标靶标点函数以供引导程序模块调用，来实现用户定义的电子标靶。附图说明图1是电子标靶开发平台示意图2是电子标靶点阵示意图3是电子标靶参数设置步骤图4是圆形标点重心算法示意图5是正方形标点灰度高斯分布的设置和成像示意图图中符号1-微型计算机；2-仿真器；4-显示屏；a_方向参考线；b_标点；d-标点间距；(五)具体实施方法
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【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高琪，王洪平，王晋军，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：