[發明專利]基于紋影法的多維成像系統及方法

在審

• 申請號: 202010881420.0
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111964866A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 鄧建杰;江佳俊;江鴻沛;曾峙翔;袁世嘉;張靜;薛竣文;游泳
• 申請（專利權）人: 北京理工大學珠海學院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G02B17/06;G02B27/14
• 代理公司: 北京盛凡智榮知識產權代理有限公司 11616
• 代理人: 尚欣

本申請涉及一種基于紋影法的多維成像系統及方法，該系統包括至少兩個點光源裝置、至少兩片分束鏡、至少兩面拋物面鏡和成像裝置；其中：各點光源裝置的發射光束分別經過一面拋物面鏡形成反射光束，并使各反射光束交匯以形成有效測量區域，且各發射光束的光路經過該有效測量區域；各反射光束交匯后分別通過一片分束鏡匯聚于成像裝置，以形成紋影圖像。上述系統從多個維度成像在同一成像裝置上，提高了紋影圖像的空間分辨率。

技術領域

本申請涉及紋影成像技術領域，特別是涉及一種基于紋影法的多維成像系統及方法。

背景技術

紋影技術作為一種非接觸式流場可視化手段已發展了近百年，由于該技術對所觀測的流場不會產生任何干擾，成本低廉，原理簡單等優點，該技術被廣泛應用于空氣動力學、流場觀測、火焰燃燒以及風動實驗等研究領域。其原理概括為：流場中存在氣流擾動時，密度發生微弱變化，氣體對光的折射率也隨之發生改變。因此，從點光源或平行光源發出的均勻光線射入流場時，將受到氣流擾動而發生偏轉。使用凹面鏡或凸透鏡對經過流場的光線進行聚焦，并在焦點處放置刀口，可將未受氣流影響的光線(I級光)擋住而使受到氣流擾動發生偏轉的光線通過，從而將空氣密度信息轉變成光強信息，最終照射進入攝像頭，轉變為灰度信息在圖像上呈現，將透明氣體介質內部的密度變化可視化。

傳統的紋影法是單光程紋影系統，在高馬赫數、低靜壓流場顯示中靈敏度低的問題，且傳統的紋影法只能從單一維度觀察物體，僅一面成像，容易丟失或忽略掉的與流體相關的重要數據，從而導致最終圖像空間分辨率較低。

發明內容

基于此，有必要提供一種能夠提高圖像空間分辨率的基于紋影法的多維成像系統及方法。

一種基于紋影法的多維成像系統，包括至少兩個點光源裝置、至少兩片分束鏡、至少兩面拋物面鏡和成像裝置；其中：

各所述點光源裝置的發射光束分別經過一面拋物面鏡形成反射光束，并使各所述反射光束交匯以形成有效測量區域，且各所述發射光束的光路經過所述有效測量區域；各所述反射光束交匯后分別通過一片分束鏡匯聚于所述成像裝置，以形成紋影圖像。

在其中一個實施例中，所述點光源裝置包括第一點光源裝置和第二點光源裝置；所述分束鏡包括第一分束鏡和第二分束鏡；所述拋物面鏡包括第一拋物面鏡和第二拋物面鏡；所述第一點光源裝置發射第一發射光束，所述第二點光源裝置發射第二發射光束，所述第一發射光束的中心平行于所述第一拋物面鏡的第一主光軸，所述第二發射光束的中心平行于所述第二拋物面鏡的第二主光軸，所述第一主光軸垂直于所述第二主光軸。

在其中一個實施例中，所述點光源裝置還包括第三點光源裝置，所述分束鏡還包括第三分束鏡，所述拋物面鏡還包括第三拋物面鏡，所述第三點光源裝置發射第三發射光束，所述第三發射光束的中心平行于所述第三拋物面鏡的第三主光軸，所述第三主光軸分別垂直于所述第一主光軸和所述第二主光軸。

在其中一個實施例中，所述第一點光源裝置設置于所述第一拋物面鏡的兩倍焦距處，所述第二點光源裝置設置于所述第二拋物面鏡的兩倍焦距處，所述第三點光源裝置設置于所述第三拋物面鏡的兩倍焦距處。

在其中一個實施例中，所述點光源裝置包括LED燈和光闌。

在其中一個實施例中，所述分束鏡包括半透半反分束鏡。

在其中一個實施例中，所述成像裝置包括CCD攝影機。

一種基于紋影法的多維成像方法，所述方法包括：

生成至少兩束發射光束及各所述發射光束對應的反射光束，并使各所述反射光束交匯形成有效測量區域，且各所述發射光束的光路經過所述有效測量區域；

匯聚各所述反射光束，并進行圖像處理形成紋影圖像。