[发明专利]凸曲面容器内流场微粒成像测速技术的径向畸变校正方法

摘要

本发明涉及一种凸曲面容器内流场微粒成像测速技术的径向畸变校正方法，将容器内目标流场划分为与CCD相机中的芯片像素网格单元相对应的若干网格，利用几何光学，求取容器内目标流场有效网格节点处的径向光学畸变校正系数，将畸变校正系数带入微粒成像测速原始数据中，对原始矢量场进行校正，得到校正后的微粒成像测速结果。适用于任意形状凸曲面透明容器，可在不安装折射补偿装置的情况下对凸曲面容器内流场直接进行PIV测量，简化测量系统，提高测量精度。

主权项

1.一种凸曲面容器内流场微粒成像测速技术的径向畸变校正方法，其特征在于，利用几何光学，求取凸曲面容器内流场的径向光学畸变校正系数，将光学畸变校正系数带入微粒成像测速原始数据中，对原始矢量场进行校正，得到校正后的微粒成像测速结果，径向光学畸变校正系数求取步骤如下：1)进行微粒成像测量标定，将目标容器流场与CCD相机中芯片的像素网格单元相对应划分为若干网格；2)选取网格节点作为测量数据分布点，对网格节点的位置和实际目标流场的位置进行换算，得出流场内各位置处的径向光学畸变校正系数，首先，激光片光源入射方向与CCD相机呈垂直角度分布，取激光光源射入容器内的方向作为‑X轴，在凸曲面容器内X轴上定义一点为原心O，从原心O出发垂直X轴向凸曲面容器外CCD相机的方向定义为‑Y轴，建立坐标系；然后，设目标容器壁内外表面解析曲线分别设为y＝Fi(x)和y＝F0(x)，容器内流体和容器壁的折射率分别设为nf和nw，片光源照亮的流场区域X轴上任意一点A处散射光到容器内壁E，再经容器内壁、外壁两次折射于A'点，设其坐标为A'(xp,yp))，出射线A'G平行于Y轴，S2A'和S1E分别为A'、E两点处法线，S1点、S2点均在X轴上，A'E延长线与X轴相交于A1点，由法线S2A'方程：及法线S2A'和直线A1A'夹角α1可得直线A1A'的方程：式中，F0′(xp)为F0(x)对xp取的导数；直线A₁A'和y＝F_i(x)的交点E可求，取纵坐标为负值的交点E(x_e,F_i(x_e))，由法线S₁E方程及其和直线AE的夹角η₁得直线AE方程：式中其中Fi'(xe)为Fi(xe)对xe取的导数，令y＝0得A点横坐标x_a，同理，在x轴上取一点B，B点散射光经容器内壁、外壁两次折射后沿DH方向出射，出射线DH平行于Y轴，在DH上取一点B′,使A′B′平行于x轴，根据CCD芯片上的像素网格单元读取出A′B′的长度值d，可知B'坐标为B'(x_p+d,y_p)，按照推导A点横坐标的方法可求得B点横坐标为：式中xf为B处散射光到容器内壁F点的横坐标，α′₁、η′₁分别为B点散射光到容器内壁F点和容器外壁D点处的入射角，入射角即为入射光线与入射表面法线的夹角，目标流场截面上任意一点A处的微粒成像速度测量径向光学畸变校正系数为：Fi'(xf)为Fi(xf)对xf取的导数，F0'(xp+d)为F0(xp+d)对xp+d取的导数，Fi'(xp+d)为Fi(xp+d)对xp+d取的导数。