[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字圖像配準(zhǔn)技術(shù)的PLIF圖像校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510059607.1
• 申請(qǐng)日: 2015-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN104537631B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于欣;楊超博;彭江波;馬欲飛;李曉暉;樊榮偉;陳德應(yīng);楊振;于楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06T7/37
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理及激光測(cè)量學(xué)領(lǐng)域，涉及一種基于數(shù)字圖像配準(zhǔn)技術(shù)對(duì)平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)圖像進(jìn)行校正的方法。

背景技術(shù)

平面激光誘導(dǎo)熒光(PLIF)技術(shù)是一種重要燃燒場(chǎng)及流場(chǎng)可視化診斷測(cè)量方法。它利用特定波長(zhǎng)的片狀激光，有選擇地把燃燒中所關(guān)心的組分或流場(chǎng)中的示蹤粒子激發(fā)到高能態(tài)，收集其向低能態(tài)躍遷時(shí)發(fā)出的熒光并進(jìn)行分析，從而獲取激光激發(fā)截面的組分濃度分布、溫度分布、流場(chǎng)結(jié)構(gòu)等物理信息。因其具有非接觸測(cè)量、高時(shí)空分辨率等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛適用高溫、高壓、高速湍流條件下的流場(chǎng)可視化應(yīng)用。因此近年來受到了人們廣泛的關(guān)注，并將其應(yīng)用于燃燒機(jī)理研究、超聲速燃燒、高超聲速流場(chǎng)顯示等研究當(dāng)中。

然而當(dāng)將PLIF技術(shù)應(yīng)用于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、高超聲速風(fēng)洞等大型工程化研究對(duì)象進(jìn)行燃燒場(chǎng)診斷、流場(chǎng)顯示等在線測(cè)量研究時(shí)，PLIF測(cè)量所用的像增強(qiáng)型相機(jī)(ICCD)常常難以放置在最佳位置。這是由于實(shí)際在線測(cè)量中，通常會(huì)同時(shí)應(yīng)用諸如紋影、高速攝影、TDLAS等多種光學(xué)測(cè)量手段。而理想條件下PLIF測(cè)量需要將所用的ICCD相機(jī)放置在與片狀激光傳播方向垂直、正對(duì)被研究的區(qū)域。但如果這樣放置PLIF相機(jī)會(huì)與上述光學(xué)測(cè)量手段發(fā)生沖突，對(duì)其他光學(xué)測(cè)量手段造成影響。而如果PLIF相機(jī)不能正對(duì)被研究目標(biāo)放置，所獲得的測(cè)量結(jié)果難以避免的會(huì)出現(xiàn)圖像失真，給PLIF測(cè)量技術(shù)的實(shí)際在線測(cè)量帶來較大困難。這種對(duì)于測(cè)量條件較為苛刻的要求給應(yīng)用PLIF技術(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的燃燒場(chǎng)和流場(chǎng)在線測(cè)量帶來了很大的困難。因此利用某種技術(shù)對(duì)所獲得的PLIF圖像進(jìn)行校正來修正由于實(shí)驗(yàn)中PLIF相機(jī)擺放問題造成的測(cè)量誤差，將畸變的PLIF測(cè)量圖像還原，使其等價(jià)于在理想條件下獲得的PLIF圖像就變的非常有意義。這將可以極大的降低PLIF技術(shù)對(duì)測(cè)量條件的要求，使得在可以兼顧其他多種光學(xué)測(cè)量手段的條件下獲得能準(zhǔn)確反應(yīng)被測(cè)信息的PLIF圖像。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決與紋影、高速攝影、TDLAS等其他多種光學(xué)測(cè)量方法聯(lián)合進(jìn)行燃燒場(chǎng)或流場(chǎng)在線測(cè)量時(shí)，PLIF相機(jī)機(jī)位布置困難，通常無(wú)法布置在理想位置，進(jìn)而造成獲得的PLIF圖像存在畸變的問題，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字圖像配準(zhǔn)技術(shù)的PLIF圖像校正方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于數(shù)字圖像配準(zhǔn)技術(shù)的PLIF圖像校正裝置，包括Nd:YAG激光器、片狀光束整形透鏡組、測(cè)量目標(biāo)、參考目標(biāo)物、像增強(qiáng)型相機(jī)、計(jì)算機(jī)、時(shí)序控制系統(tǒng)，所述時(shí)序控制系統(tǒng)用于同步泵浦激光器和像增強(qiáng)型相機(jī)，使得像增強(qiáng)型相機(jī)開門時(shí)間與被測(cè)目標(biāo)熒光時(shí)間同步，濾除非被測(cè)信號(hào)造成的噪聲干擾，所述計(jì)算機(jī)用于記錄采集到的PLIF圖像并進(jìn)行數(shù)字圖像配準(zhǔn)校正。

一種基于數(shù)字圖像配準(zhǔn)技術(shù)的PLIF圖像校正方法，由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：Nd:YAG激光器激發(fā)被測(cè)目標(biāo)粒子輸出PLIF所需特定波長(zhǎng)激光經(jīng)過片狀光束整形透鏡組整形，獲得片狀激光光束，并入射到測(cè)量目標(biāo)待研究的特定截面。

步驟二：確定片狀激光光束入射到測(cè)量目標(biāo)中的具體位置，將參考目標(biāo)物放置在待研究區(qū)域中，且與片狀激光入射位置重合。

步驟三：將像增強(qiáng)相機(jī)放置在正對(duì)待研究區(qū)域且與入射片狀激光垂直的理想位置“I”處，并在這個(gè)位置對(duì)參考目標(biāo)物進(jìn)行成像，獲得理想位置的參考目標(biāo)圖像。

步驟四：移動(dòng)像增強(qiáng)相機(jī)放置位置，將其布置在真實(shí)測(cè)量時(shí)的相機(jī)機(jī)位“II”，在這一位置對(duì)參考目標(biāo)物進(jìn)行成像，獲得真實(shí)測(cè)量位置處的參考目標(biāo)物圖像。

步驟五：撤去用于校準(zhǔn)的參考目標(biāo)，PLIF相機(jī)保持在真實(shí)測(cè)量機(jī)位“II”，開啟Nd:YAG激光器、像增強(qiáng)相機(jī)和測(cè)量對(duì)象，對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行PLIF測(cè)量，獲得帶有畸變的PLIF測(cè)量圖像。

步驟六：選擇Matlab中的’edge’函數(shù)，利用’sobel’算符及合適的閾值，對(duì)理想位置的參考目標(biāo)圖像及真實(shí)測(cè)量位置處的參考目標(biāo)圖像進(jìn)行二值化并提取圖形邊緣信息，其中閾值的選擇可根據(jù)二值化效果進(jìn)行優(yōu)化。

步驟七：利用Hough變換算法，識(shí)別并提取出兩種參考目標(biāo)圖片中的網(wǎng)格線條信息，并將二值化的圖像轉(zhuǎn)換為只包含參考目標(biāo)中網(wǎng)格直線信息的網(wǎng)格圖片。

步驟八：將轉(zhuǎn)換后的理想位置“I”的參考目標(biāo)圖像作為目標(biāo)圖像，轉(zhuǎn)換后的真實(shí)測(cè)量位置“II”處參考目標(biāo)圖像作為浮動(dòng)圖像，將網(wǎng)格交點(diǎn)作為圖像配準(zhǔn)的特征點(diǎn)，利用Matlab中的’cp2select’函數(shù)對(duì)兩圖像中的特征點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)標(biāo)注。為滿足圖像配準(zhǔn)變換關(guān)系構(gòu)造條件，至少應(yīng)標(biāo)注四對(duì)以上特征點(diǎn)。