[发明专利]一种高动态范围成像的火焰三维温度场重建方法

权利要求书

1.一种高动态范围成像的火焰三维温度场重建方法，采集多视角高动态范围彩色火焰图像；利用单通滤光片和光度计标定辐照度衰减率，从采集图像中计算得到在特定波长的辐射照度图，多视角重建三维温度场形成凸优化问题，可视外壳约束解空间，求解这一问题得到火焰三维温度场分布；其特征在于如下步骤：

(1)设计火焰的彩色高动态范围成像系统，多视角同步采集彩色高动态范围火焰图像，得到火焰同步图像；

(2)利用光度计和窄带滤光片标定辐照度衰减率，结合相机响应曲线从RGB图像中恢复出对应单波长辐射照度图；

(3)根据角系数和距离，计算三维体素到二维像素的影响因子，从多视角二维辐照度图重建三维辐射力场，形成凸优化问题；

(4)可视外壳约束辐射力场三维重建的解空间，实现对重建结果的几何约束，并使能量分布更合理；

(5)求解凸优化问题，重建出火焰的三维辐射力场，双色测温计算火焰三维温度分布。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中设计一个火焰的彩色高动态范围成像系统，多视点同步采集火焰的高动态范围彩色图像；基于高动态范围成像原理，使用多台彩色HDR相机作为采集设备，每台相机处于同一高度，从不同角度对火焰进行同步拍摄采集，从而得到没有过曝光像素点的火焰图像；采集相机的个数由重建结果精度需求和系统控制复杂度综合考虑。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中利用光度计和窄带滤光片标定辐照度从颜色通道到对应波长的衰减，结合计算得到的相机响应曲线从RGB图像中恢复出对应单波长的同步辐射照度图；对亮度保持稳定的静态场景拍摄一系列曝光时间不同的图片，得到同一场景的一组图像序列；对于图像序列中的像素点进行采样，每个像素代表了对应曝光时间与场景辐射照度的乘积，使用最小二乘算法可以解出相机的相对响应曲线；然后使用光度计测量出场景真实的光强值，根据此测量值对相对响应曲线进行上下平移操作，从而获得相机的绝对响应曲线；把带通滤光片安装在相机镜头前面，重复上述操作可以得到单波长相机响应曲线，对比安装滤光片前后的同一场景的两幅图像，得到滤波片的过滤系数；最后根据相机响应曲线和滤光片的过滤系数，把采集得到的火焰图像转换成单波长辐射照度图；根据不同的需求。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤(3)中计算每个体素与像素连线和成像面法向的夹角，即角系数，同时计算体素到像素的距离；利用角系数和距离计算每个体素到每个像素的影响因子；建立方程组，具体公式如下所示；

wij=KT(λ)4·(2af′)2·τFijsi·4πR2,]]>

其中，s_i是像素i的面积，F_ij为视角因子，K_T(λ)是系统的通光系数，τ是光线在火焰中的衰减率，a和f'分别是相机的光圈和焦距，R是体素的半径；以w_ij为基本元素构造方程组，方程组每一行表示所有体素对特定像素的影响，每一列表示特定体素对所有像素的影响。