[發明專利]一種基于光場相機的火焰三維光度場重建方法

有效

• 申請號: 201610121882.6
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105608738B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 王旭光;蘇杰;李秀美;陳貴濱;李賀
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于光場相機的火焰三維光度場重建方法，屬于燃燒科學技術領域。本發明的技術方案為：(1)標定光場相機的點擴散函數；(2)多角度同步觸發拍攝多視角的火焰圖像；(3)通過火焰微像數字重聚焦，得到同一時刻不同聚焦面上的火焰圖像，并將火焰體素化；(4)計算火焰不同截面的二維光度場；(5)插值得到火焰的三維光度場。本發明具有如下特點：與傳統的基于計算機斷層技術的計算方法相比，該方法計算復雜度低，計算得到的火焰光度場精度高，可以實時計算火焰的三維光度場。本發明的火焰光度場重建方法可以用于工業測量、火電廠監控以及虛擬現實等領域。

技術領域

本發明涉及一種基于光場相機的火焰三維光度場重建方法，屬于燃燒科學技術領域。

背景技術

隨著計算機技術的發展和影視技術的進步，人們對影視場景的視覺效果要求越來越高。基于安全和成本的考慮，一些特效場景往往通過計算機技術合成，如爆炸場面、火災場面等，這些都要求火焰模擬效果具有很強的真實感；在工業和教育領域，對燃燒火焰仿真效果逼真程度的要求也在不斷提高。火焰的物理參數，如光度、溫度、密度等對有很強真實感要求的火焰模擬具有特殊的應用價值，這是因為基于物理參數場的火焰模擬能表現出燃燒火焰在真實環境中整體規律性強而局部復雜無序的行為。

火焰具有物理機制復雜、表現形態豐富、運動變化隨機等特點，經典的歐氏幾何對其描述顯得很無力，也使照片級效果的火焰模擬成為極具挑戰性的研究方向之一。

目前，火焰物理參數的重建方法可以分為兩大類，即接觸式方法與非接觸式方法。早期的火焰物理參數獲取方法主要是簡單的接觸式方法，如熱電偶測溫與熱電阻測溫等方法。這些方法一次測量只能得到火焰單點位置參數值，而且需要與火焰接觸，干擾了火焰的運動。非接觸式方法又可分為主動式方法與被動式方法。主動式方法是從被測物一端發射已知強度的信號，從被測物另一端接收該信號，通過信號的衰減計算被測物的參數場。這類方法包括全息干涉法、聲波法等。由于這類方法依賴昂貴的設備，對作業環境要求苛刻，應用范圍比較小。被動式方法是通過檢測被測物輻射的信號計算被測物參數場。代表性的方法是輻射法，它建立在輻射理論基礎上。近年來，隨著計算機計算能力的飛速發展，計算機斷層技術應用范圍更加廣泛，越來越多的學者將計算機斷層技術與熱輻射理論相結合來計算火焰物理參數，基于計算機斷層技術的火焰物理參數計算方法稱為主流。

基于計算機斷層技術的火焰物理參數計算方法存在明顯的不足，即需要求解大規模超定方程組，計算復雜度高。由于計算火焰物理參數場的原始數據不可避免的存在噪聲，為了獲得精確的解，需要把用于約束火焰物理參數場的方程組的求解轉化為凸問題求解，這導致求解的計算復雜度非常高，因此對于一定規模的火焰物理參數計算問題，難以實現實時計算。

基于光學分層層析成像原理的火焰物理參數計算方法認為火焰圖像是由聚焦面的清晰像與其他截面的離焦像疊加的結果，通過移動相機獲取不同聚焦面的火焰圖像，該方法拍攝的火焰圖像不是同一時刻的火焰圖像，因此計算的火焰物理參數場精度不高。中國發明專利“重建爐膛內火焰三維結構的采集裝置及采集方法”，申請號為201410199208.0，公開號為104048647A，公開了一種重建爐膛內火焰三維結構的采集裝置及采集方法。該方法利用內窺鏡系統將爐膛內的待測火焰圖像引出至爐膛外，用光場相機接收傳像光路上的光像，因此只是一種火焰信息的采集裝置，并沒有應用光場相機拍攝的火焰圖像，基于傅立葉光學理論計算火焰的光度場。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光場相機的火焰三維光度場重建方法，以解決傳統火焰光度場計算中計算復雜度過高、難于實時計算的問題和火焰圖像數據的精確獲取問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于光場相機的火焰三維光度場重建方法，包括以下步驟：

(1)標定光場相機的點擴散函數；