[发明专利]基于图像处理的可见光-红外光耦合流场测量系统

说明书

本发明公开一种基于图像处理的可见光‑红外光耦合流场测量系统，包括测试段、成像组件与图像处理模块；测试段的顶部设有透光窗口，激光片光经由透光窗口照亮测试段内的流场成像面，成型组件包括均聚焦于流场成像面的第一相机与第二相机：测试段的一侧设有第一滤光片，以使得第一相机获取流场可见光图像；测试段的另一侧设有第二滤光片，以使得第二相机获取流场红外光图像；图像处理模块基于同步获取的流场可见光图像、流场红外光图像完成流场信息的全测量采集。利用可见光‑红外光图像同步测量速度场和温度场信息，并处理得到压力场、密度场信息，从而实现实验流场的全基本信息同步采集，以解决实验中流场信息测量不全的问题。

技术领域

本发明涉及流场测量技术领域，具体是一种基于图像处理的可见光-红外光耦合流场测量系统。

背景技术

目前针对气体流体领域的可见光测量技术以PIV(Particle ImageVelocimetry)、纹影、PLIF(Planner Laser Induced Fluorescence)等技术为主，其中PIV技术通过含示踪粒子的图像互相关分析得到流场流速、湍流度等定量结果；纹影技术则利用可见光或激光的折射率差别反映密度梯度，得到流场激波、膨胀波、分离区等流场特征；PLIF技术利用激光诱导荧光对燃烧过程、电离过程等测量对象组分(如PAHs、OH、CO、CH等)、温度及自由基浓度分布进行测量。而针对不可见光的测量则以红外成像为主，利用气体、液体、固体的热红外自发辐射进行流场温度测量。

针对可见光和不可见光的耦合测量的实现方案有专利《用于正交切削过程的变形场和温度场的同步测量装置》(公开号：CN112518423A)，其利用对红外图像和可见光图像进行处理重构获得切削过程的变形场和温度场。但是该方案主要用于固体切削过程中，不适用于流场的综合分析。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于图像处理的可见光-红外光耦合流场测量系统，利用可见光-红外光图像同步测量速度场和温度场信息，并处理得到压力场、密度场信息，从而实现实验流场的全基本信息同步采集，以解决实验中流场信息测量不全的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种基于图像处理的可见光-红外光耦合流场测量系统，包括测试段、激光组件、成像组件与图像处理模块，所述测试段内具有带示踪粒子的流场；

所述测试段的顶部设有透光窗口，所述激光组件用于产生激光片光，所述激光片光经由所述透光窗口照亮所述测试段内的流场成像面；

所述成型组件包括第一相机与第二相机，所述第一相机与所述第二相机均聚焦于所述流场成像面：

所述测试段的一侧设有仅能通过可见光的第一滤光片，所述第一滤光片位于所述流场成像面与所述第一相机的镜头之间，以使得所述第一相机获取流场可见光图像；

所述测试段的另一侧设有仅能通过红外光的第二滤光片，所述第二滤光片位于所述流场成像面与所述第二相机的镜头之间，以使得所述第二相机获取流场红外光图像；

所述图像处理模块与所述第一相机、所述第二相机通信相连，以基于所述流场可见光图像、所述流场红外光图像完成流场信息的全测量采集，其中，所述流场可见光图像与所述流场红外光图像的获取时间同步。

在其中一个实施例中，所述图像处理模块完成流场信息的全测量采集过程为：

基于所述流场可见光图像、所述流场红外光图像得到流场的速度场与温度场；

基于流场的速度场与温度场得到马赫数场：

Ma＝v/c

式中，Ma为流场的马赫数场，v为流场的速度场，c为当地音速，γ为绝热指数，R为气体常数，T为流场的温度场；

基于流场的马赫数场得到静压分布场：