[發明專利]基于壓敏漆與光場相機的尺寸與表面壓力測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201810041152.4
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108362469B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 施圣賢;許晟明;李浩天
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種基于壓敏漆與光場相機的三維尺寸與表面壓力的測量方法，包含以下步驟：圖片獲取步驟：分別獲取模型的壓力信號光場圖片與深度信號光場圖片；表面壓力分布計算步驟：從壓力信號光場圖片中計算得出模型表面壓力分布圖；表面深度分布計算步驟：從深度信號光場圖片中計算得出模型表面深度分布圖；三維壓力分布生成步驟：融合模型表面壓力分布圖的信息與模型表面深度分布圖的信息，生成三維模型壓力分布圖。本發明還提供了一種實現上述測量方法的測量裝置。本發明能夠實現單臺光場相機單點拍攝獲取模型三維尺寸與表面壓力分布的融合數據，相較于其他壓敏漆和三維重構拍攝要求，明顯降低了系統的復雜度，提高了測量的效率。

技術領域

本發明涉及空氣動力學測量技術領域，具體地，涉及一種基于壓敏漆與光場相機的尺寸與表面壓力測量方法與裝置。

背景技術

壓敏漆(PSP)作為一種非接觸式且高分辨率的表面壓強測量技術，自二十世紀八十年代被提出以來，一直被廣泛應用于空氣動力學實驗研究中。同傳統的壓力計或壓力傳感器只能逐點獲取壓強數據不同，壓敏漆能夠一次性測量復雜模型表面的壓強分布。該技術利用了熒光分子的氧淬滅特性，在合適的拍攝條件下，測量精度理論上只受制于所用光電探測器的精度。通過使用合適的壓敏漆基底和成像設備，能夠適應靜態或包含動態波動的壓力測量。

壓敏漆技術發展至今不斷完善，但由漆料溫度敏感性、模型偏移變形、光源不穩定性和光降解等因素引起的誤差無法做到完全消除。除了在低速流動中提高精度和在高速流動中提高響應頻率以外，如何獲取一個復雜三維模型整體表面的壓強分布也是該領域內的研究重點。

近年來，光場成像的發展為三維模型壓敏漆測量提供了一種有潛力的多相機成像的替代方案。“光場”表示空間中自由傳播光線的集合，通常借由五維參數方程來描述，其中L是光線輻射密度的度量，(x,y,z)和分別表示光線的空間和角度信息。五維光場可通過兩個平行的采樣平面簡化至四維，即L＝L(u,v,s,t)，其中(u,v)和(s,t)分別是光線與這兩個平面的交點坐標。為了記錄四維光場，需要在相機光電傳感器前一段距離處放置一塊微透鏡陣列，若此距離等于微透鏡的焦距，得到的新相機結構稱之為散焦型光場相機(Defocused Plenoptic Camera)，為消除歧義，下文所提及的光場或光場相機均指代在這種結構基礎上所搭建的光學成像系統。空間上任意光線都能夠通過其與相機主透鏡和微透鏡平面的交點來唯一確定。若記主透鏡平面為(u,v)，微透鏡平面則為(s,t)。通過微透鏡的光線可看作是經過微透鏡再采樣后擁有了獲取四維光場L(u,v,s,t)的能力，將光場原始照片做一定的處理，可以獲得拍攝物體的深度信息。

現今測量復雜幾何空氣動力學模型的三維尺寸和壓力分布大都是通過多相機成像的方式來實現。多視角式的壓敏漆技術對模型和多相機的安裝、排布、校準以及開設光學窗口的數量都提出了很高的要求。這些要求對于空氣動力學測試尤其是大型風洞實驗都是十分不利的。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于壓敏漆與光場相機的尺寸與表面壓力測量方法與裝置。

根據本發明提供的基于壓敏漆與光場相機的三維尺寸與表面壓力的測量方法，包含以下步驟：

圖片獲取步驟：分別獲取模型的壓力信號光場圖片與深度信號光場圖片；

表面壓力分布計算步驟：從壓力信號光場圖片中計算得出模型表面壓力分布圖；

表面深度分布計算步驟：從深度信號光場圖片中計算得出模型表面深度分布圖；

三維壓力分布生成步驟：融合模型表面壓力分布圖的信息與模型表面深度分布圖的信息，生成三維模型壓力分布圖。

優選地，所述圖片獲取步驟包含以下步驟：