[发明专利]基于集成成像技术的3D-3C粒子图像测速系统及方法有效
| 申请号： | 201710726837.8 | 申请日： | 2017-08-23 |
| 公开（公告）号： | CN107525945B | 公开（公告）日： | 2019-08-02 |
| 发明（设计）人： | 宋旸;渠向举;张芬;金莹;李振华;纪运景;许亮 | 申请（专利权）人： | 南京理工大学 |
| 主分类号： | G01P5/20 | 分类号： | G01P5/20 |
| 代理公司： | 南京理工大学专利中心 32203 | 代理人： | 薛云燕 |
| 地址： | 210094 江*** | 国省代码： | 江苏;32 |
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| 摘要： | 本发明公开了一种基于集成成像技术的3D‑3C粒子图像测速系统及方法。该系统包括激光器、激光扩束准直系统、三维流场测速箱、相机阵列、计算机、平面标定板、精密电控平移台。方法为：将平面标定板置于三维流场测速箱内，对相机阵列进行标定；将示踪粒子置于三维流场测速箱内，采用相机阵列从不同角度对示踪粒子成像；将相机阵列的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上，产生重聚焦图像；通过等间隔改变Z值，得出重聚焦图像序列并进行离散化，把灰度值存储到离散化网格中；运用基于移动窗口梯度变换的方法，提取不同深度区域的示踪粒子点，并确定示踪粒子点位置，从而重建出示踪粒子场。本发明精度高，运算速度快，能够高度还原流场的细节部分。 | ||
| 搜索关键词： | 示踪粒子 相机阵列 三维流场 粒子图像测速 测速 平面标定板 重聚焦图像 集成成像 离散化 激光扩束准直系统 精密电控平移台 世界坐标系 运算速度快 深度区域 梯度变换 相机图像 移动窗口 激光器 测速箱 等间隔 点位置 粒子场 重投影 标定 灰度 流场 网格 成像 还原 存储 重建 计算机 | ||
【主权项】：
1.一种基于集成成像技术的3D‑3C粒子图像测速方法，其特征在于，所采用的系统包括激光器(1)、激光扩束准直系统(3)、三维流场测速箱(5)、相机阵列(6)、计算机(7)、平面标定板(8)、精密电控平移台(9)；其中激光扩束准直系统(3)设置于激光器(1)和三维流场测速箱(5)之间；三维流场测速箱(5)为长方体结构，垂直于激光器光轴的两个面上设置光窗口，与光窗口所在侧面相邻的一个侧面采用高透玻璃，其余五个面采用经过发黑处理的铝合金；所述激光器(1)、激光扩束准直系统(3)与三维流场测速箱(5)上的两个光窗口共轴；相机阵列(6)设置于三维流场测速箱(5)的高透玻璃面一侧，且相机阵列(6)的光轴垂直于该高透玻璃面；相机阵列(6)、精密电控平移台(9)均与计算机(7)相连，且平面标定板(8)设置于精密电控平移台(9)上；该方法包括以下步骤：步骤1，将平面标定板(8)置于三维流场测速箱(5)内，对相机阵列(6)进行标定；步骤2，将示踪粒子置于三维流场测速箱(5)内，采用相机阵列(6)的相机从不同角度对示踪粒子成像；步骤3，根据标定关系，将相机阵列(6)的相机图像重投影到世界坐标系中Z已知的平面上，将各重投影图像中对应位置的灰度值相加，产生重聚焦图像；通过逐步等间隔改变Z值，得出重聚焦图像序列，所述Z值间隔小于示踪粒子直径；步骤4，将重聚焦图像序列进行离散化，把重聚焦图像上的灰度值存储到离散化网格中，网格大小设置为相机像元大小的10倍；步骤5，运用基于移动窗口梯度变换的方法，提取不同深度区域的示踪粒子点，通过计算不同深度窗口区域内的Tenengrad函数值来确定示踪粒子点位置，从而重建出示踪粒子场。
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- 2018-07-03 - 2019-01-22 - G01P5/20
- 本实用新型涉及一种基于PIV流场测试的粒子播撒装置，包括上盖、上圆柱筒、孔板、下圆柱筒、下盖和支撑腿；上盖上开设螺纹孔，用于安装泄压阀；上圆柱筒两侧设置两个螺纹孔用来连接压力传感器，同时上圆柱筒设有观察窗；孔板设置在上圆柱筒和下圆柱筒之间，通过法兰盘连接，孔板上面开设有多个通孔；下盖上设置螺纹孔，通过宝塔头与外部管道连接来提供装置所需要的气流；支撑腿设置在下盖下方。本实用新型上盖设有泄压阀，防止装置内压力过高而产生的不利影响；上圆筒上面设有压力传感器和观察窗，前者可以对装置内部的压力进行测试以便控制通入装置内的气流，后者可以对装置内的示踪粒子进行实时观测。
- 一种引射式烟气示踪粒子添加器结构-201820914042.X
- 高超;滕状;盛超;白春雨 - 中国航发沈阳发动机研究所
- 2018-06-13 - 2018-12-28 - G01P5/20
- 本实用新型涉及到外流场测试技术领域，具体涉及到一种引射式烟气示踪粒子添加器结构；包括：燃香炉，开设有进气口，所述进气口的面积可调，所述燃香炉与一段出气管路相连通；烟气引射混合管路，筒状结构，一端同轴连接于所述燃香炉的出气管路，另一端连接试验装置；引射喷管，一端穿过所述出气管路连接到所述烟气引射混合管路的一端，并中间悬置，所述引射喷管的另一端通过进气阀连接气源；滤网，同轴套设于所述燃香炉烟气经过的管路内。本实用新型中烟气作为引流气体，不仅既节省能源，还能达到用烟气作为示踪粒子满足试验的要求。
- 基于单光场相机的微尺度流动三维速度场测量装置和方法-201711254521.X
- 许传龙;宋祥磊;曹丽霞;刘煜东 - 东南大学
- 2017-11-30 - 2018-12-21 - G01P5/20
- 本发明公开了一种基于单光场相机的微尺度流动三维速度场的测量装置及方法，其中测量装置包括双脉冲激光器、荧光显微镜、相机系统、同步控制器和计算机，其中计算机用于存储CCD相机获得的光场图片；选择两帧时间间隔为Δt光场照片，利用计算的点扩散函数，反卷积重建出示踪粒子的三维位置信息；通过三维互相关算法得出微流场的三维速度场信息。本发明采用单相机系统与传统荧光显微镜结合，实现微尺度流场的三维速度场测量，系统无需深度扫描，可以对非定常流动或非周期性流动的流场测量。
- 一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置及方法-201810976299.2
- 薛明;高超;胡旭;刘国元 - 西北工业大学
- 2018-08-25 - 2018-12-18 - G01P5/20
- 本发明提出了一种用于流体力学试验中粒子图像测速仪测量旋转部件的同步装置及方法，包括旋转部件输出信号装置、信号转换装置、粒子图像测速仪和同步控制系统；通过旋转部件输出信号装置获得脉冲信号，由于旋转部件转速高，可以达到2000r/min以上，而粒子图像测速仪的采集频率通常在20Hz以内，通过信号转换装置对脉冲信号进行计数，转换得到脉冲触发信号，触发同步器实现激光器和CCD相机同步工作。由于高速旋转部件在很小的时间尺度内仍有较大的空间位移，而电子设备具有一定的响应时间，所以为了精确捕获旋转部件的特定状态，需要考虑系统延迟，本发明在测量系统延迟后，对系统延迟进行补偿，从而能够在很小的尺度内精确同步所有设备在旋转部件的某一要求的特定状态同时工作。
- 一种示踪粒子流体速度测试装置-201820502660.3
- 谢波;陈清;徐玲 - 谢波;陈清
- 2018-04-10 - 2018-12-04 - G01P5/20
- 一种示踪粒子流体速度测试装置，本实用新型涉及管道内部流体流速测量设备技术领域，管体的入口端上部设有示踪粒子发生器；示踪粒子发生器通过连接管与示踪粒子发射器连接；管体入口端的内侧设有示踪粒子均流喷头；示踪粒子均流喷头一侧的管体内固定设置有电机，电机的输出轴上固定设置有叶片；一号示踪粒子脉冲探头和二号示踪粒子脉冲探头均与时钟计时器连接，能够避免压力损失以及各种人为因素造成的误差；示踪粒子测量法反应快捷灵敏，精度高；一次布置系统，无需对不同测点进行反复插管测量，节省时间和劳力；可实行在线监测，无需原地坚守，极大改善工作人员的工作环境；设备简单可靠，无运动部件，不易损坏。
- 颗粒间细观流场观测的磁力振动液化发生装置及试验方法-201610871096.8
- 金炜枫;邓陈艳;张力友;王鑫;程泽海 - 浙江科技学院（浙江中德科技促进中心）
- 2016-09-30 - 2018-11-20 - G01P5/20
- 本发明公开了一种颗粒间细观流场观测的振动液化发生装置，包括石英玻璃试样容器、围压施加机构、水压监测系统、磁力振动系统；围压施加机构用橡胶膜隔离成两个腔室，其中一个腔室与石英玻璃试样容器相连，另一个腔室与水槽连接；水压力监测系统包括两个微型孔隙水压力计，其中一个微型孔隙水压力计放置在石英玻璃试样容器的试样中，另一个微型孔隙水压力计放置在连接水槽与腔室的管道内；磁力振动系统包括旋转磁铁条、驱动磁铁条和电动机，旋转磁铁条放置在石英玻璃试样容器内，驱动磁铁条由电动机带动旋转并放置在石英玻璃试样容器底面外部。本发明可以有效降低石英玻璃容器的振动，方便颗粒间细观流场的激光粒子测速拍照观测。
- 液化时颗粒孔隙中的细观流场观测装置及其观测方法-201610558989.7
- 金炜枫;邓陈艳;张力友;程泽海;沙如意 - 浙江科技学院
- 2016-07-15 - 2018-09-21 - G01P5/20
- 本发明公开了一种液化时颗粒孔隙中的细观流场观测装置，包括液化发生容器、水压监测系统、液化发生容器固定装置、动压力控制器、激光粒子测速装置，液化发生容器包括石英玻璃试样容器和压力传递机构，石英玻璃试样容器内放置石英玻璃球和盐水试样，压力传递机构内用橡胶膜隔离成两个腔室，其中一个腔室与石英玻璃试样容器相连，另一个腔室与动压力控制器连接；水压力监测系统包含两个孔隙水压计，其中一个孔隙水压计放置在石英玻璃试样容器内，另一个孔隙水压计放置在与动压力控制器连接的腔室内，所述动压力控制器通过压力传递机构给石英玻璃试样容器内的石英玻璃球和盐水试样注压。本发明为液化时细观流场的机理研究提供一种观测装置。
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