[發明專利]一種高動態范圍成像的火焰三維溫度場重建方法

有效

• 申請號: 201410603753.1
• 申請日: 2014-11-02
• 公開（公告）號: CN104299268A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 周忠;田德雷;伍朝輝;吳威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T15/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種高動態范圍成像的火焰三維溫度場重建方法，采集多視角高動態范圍彩色火焰圖像；利用單通濾光片和光度計標定輻照度衰減率，從采集圖像中計算得到在特定波長的輻射照度圖，多視角重建三維溫度場形成凸優化問題，可視外殼約束解空間，求解這一問題得到火焰三維溫度場分布；其特征在于如下步驟：

(1)設計火焰的彩色高動態范圍成像系統，多視角同步采集彩色高動態范圍火焰圖像，得到火焰同步圖像；

(2)利用光度計和窄帶濾光片標定輻照度衰減率，結合相機響應曲線從RGB圖像中恢復出對應單波長輻射照度圖；

(3)根據角系數和距離，計算三維體素到二維像素的影響因子，從多視角二維輻照度圖重建三維輻射力場，形成凸優化問題；

(4)可視外殼約束輻射力場三維重建的解空間，實現對重建結果的幾何約束，并使能量分布更合理；

(5)求解凸優化問題，重建出火焰的三維輻射力場，雙色測溫計算火焰三維溫度分布。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟(1)中設計一個火焰的彩色高動態范圍成像系統，多視點同步采集火焰的高動態范圍彩色圖像；基于高動態范圍成像原理，使用多臺彩色HDR相機作為采集設備，每臺相機處于同一高度，從不同角度對火焰進行同步拍攝采集，從而得到沒有過曝光像素點的火焰圖像；采集相機的個數由重建結果精度需求和系統控制復雜度綜合考慮。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟(2)中利用光度計和窄帶濾光片標定輻照度從顏色通道到對應波長的衰減，結合計算得到的相機響應曲線從RGB圖像中恢復出對應單波長的同步輻射照度圖；對亮度保持穩定的靜態場景拍攝一系列曝光時間不同的圖片，得到同一場景的一組圖像序列；對于圖像序列中的像素點進行采樣，每個像素代表了對應曝光時間與場景輻射照度的乘積，使用最小二乘算法可以解出相機的相對響應曲線；然后使用光度計測量出場景真實的光強值，根據此測量值對相對響應曲線進行上下平移操作，從而獲得相機的絕對響應曲線；把帶通濾光片安裝在相機鏡頭前面，重復上述操作可以得到單波長相機響應曲線，對比安裝濾光片前后的同一場景的兩幅圖像，得到濾波片的過濾系數；最后根據相機響應曲線和濾光片的過濾系數，把采集得到的火焰圖像轉換成單波長輻射照度圖；根據不同的需求。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟(3)中計算每個體素與像素連線和成像面法向的夾角，即角系數，同時計算體素到像素的距離；利用角系數和距離計算每個體素到每個像素的影響因子；建立方程組，具體公式如下所示；

wij=KT(λ)4·(2af′)2·τFijsi·4πR2,]]>

其中，s_i是像素i的面積，F_ij為視角因子，K_T(λ)是系統的通光系數，τ是光線在火焰中的衰減率，a和f'分別是相機的光圈和焦距，R是體素的半徑；以w_ij為基本元素構造方程組，方程組每一行表示所有體素對特定像素的影響，每一列表示特定體素對所有像素的影響。