[发明专利]一种示踪方法及系统

说明书

本发明提供的示踪方法，通过构建利用微粒浮层；然后，利用激光发生器和激光分束镜在微粒浮层上构建激光点阵；基于激光点阵进行示踪；上述方案除了通过对激光点的重构可以得到波面高度，还通过对微粒的追踪捕捉，可以同时获取速度，具有高空间分辨率。

技术领域

本发明涉及一种示踪方法。

背景技术

在水动力学研究中，开展物理实验是不可缺少的环节。在实验室内，水波表面的各种物理信息则是极为重要的数据。其中最为关注的两点，一个是水面高度的变化，一个是水面流速的变化。对于高度变化，传统方法是使用浪高仪记录波浪传播至某一点时的水面高度变化。但浪高仪本身是侵入式的，而且仅能得到单一位置的水面高度。若要进行大范围的密集型测量，采用浪高仪将极其费时费力。对于速度变化，一般的侵入式设备无法对波面处进行测量，使用最多的方法为PTV技术，即在水面放置有限个自由漂浮的示踪小球，通过追踪小球的速度来近似认为是水面流动的速度。如何在水面产生理想标识点作为示踪，则成为了一个难题。

为了能够在水波表面形成便于识别的标识点，现有技术中有两种方法。第一种技术：直接在水面放置示踪物，第一个缺点是浮球本身的尺度相对水波尺度尚未完全不可忽略，会对波浪运动产生一定的影响。再加上浮球本身的尺度会影响图像学重构的精度，因此捕捉浮球的运动不能完全表征纯粹水面的运动。不仅如此，由于浮球数量十分有限，即便是对每个浮球都进行追踪捕捉，图像重构的空间分辨率也是有限的，只能得到浮球所在位置处的波面物理信息。这种技术只能大概提供水面信息，无法满足高精度机理实验的需求。

第二种技术：使用人工光源。尽管人工标识点可以很好的在不透光的水面上被标识，但为了将水面变得不透明，随着添加物的增加，对水体性质(如粘性，表面张力等)的影响就会越大。尽管相比于第一种直接在水面放置厘米尺度的示踪物，第二种技术中使用的颗粒只有毫米量级，但需要将其在水面铺满，还是会对水面波动有影响。不仅如此，这一方法最大的缺点在于：由于示踪物实际为光斑，当水波表面运动时，光斑只会随着水面上下运动，所以只能反映出水面的高度变化，无法体现水面的流速变化。

发明内容

本发明的目的，是在尽可能不影响波浪自身运动的前提下，在水面上产生足够的特征点来对水面进行示踪，从而使三维图像重构技术能够应用到波浪表面的物理信息实验测量中。基本方案为在水面表面铺撒一层微米尺度的微粒，使得水体表面局部不透明，同时使用激光光源投影散点光，从而即可产生特征光斑；利用微粒浮层让激光在水面有明显点的性质，实现高度重构。同时利用微粒浮层跟随水运动的性质，实现速度捕捉。从而同步实现对水面高度和速度的示踪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种示踪方法，所述方法包括：

步骤1，构建微粒浮层；

步骤2，利用激光发生器和激光分束镜在微粒浮层上构建激光点阵；

步骤3，基于激光点阵进行示踪。

其中，所述步骤1具体包括：获取聚乙烯微粒，将其铺撒至水面。

其中，在所述步骤1之前还包括：确定需要拍摄的区域，根据所述需要拍摄的区域进行拍摄设备的安装，以使得能够覆盖所述需要拍摄的区域。

其中，所述步骤2具体包括：打开激光发生器，发出点光线，所述点光线经过激光分束镜后作用在微利浮层上，在水面形成激光点阵。

其中，所述步骤3具体包括：通过同步器对多个高速相机进行控制，获取激光点阵的信息，根据所述激光点阵的信息进行示踪。

其中，基于高速相机拍摄的连续照片，匹配照片中微粒的移动位置，根据移动位置获取流动的速度信息。

其中，基于高速相机拍摄的照片，匹配照片中微粒的位置信息，根据所述位置信息确定水面的高度。