[發明專利]基于雙層圖形透射成像的液面變形和形貌測量方法和系統

有效

• 申請號: 202110691868.0
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113405628B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 劉戰偉;黃耀;黃先富;吳東亮;鐘夢林;李鮮;董慧敏
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01F23/292
• 分類號: G01F23/292
• 代理公司: 北京晟睿智杰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11603
• 代理人: 于淼

1.一種基于雙層圖形透射成像的液面變形和形貌測量方法，其特征在于，包括步驟：

提供圖像采集設備，將圖像采集設備設置在液面遠離地面的一側，且所述圖像采集設備與所述液面具有間隔，并對所述圖像采集設備進行標定；

提供具有一定厚度的介質，并將所述介質置于所述液面底部，在垂直于地面所在平面的方向上，所述介質包括相對設置的上層和下層，所述上層和下層均具有信息載體圖形；

所述液面靜止時，利用圖像獲取方法通過所述圖像采集設備對信息載體圖形進行圖像采集，得到液面靜止時的信息載體圖像，所述圖像獲取方法包括所述圖像采集設備采集雙層信息載體圖像，上層信息載體圖形和下層信息載體圖形的圖像采集到同一圖像中，利用幾何相位分析技術或者彩色閾值提取法將上層信息載體圖形的圖像和下層信息載體圖形的圖像分開到兩張圖像中，形成上層信息載體參考圖像與下層信息載體參考圖像；

當所述液面發生形變時，利用所述圖像獲取方法對信息載體圖形進行圖像采集，得到液面形變后的信息載體畸變圖像，所述信息載體畸變圖像包括上層信息載體畸變圖像和下層信息載體畸變圖像，采集一張信息載體畸變圖像時，最終測量的是采集時刻的液面瞬時形貌，當采集隨時間變化的序列信息載體畸變圖像時，最終測量得到的是液面隨時間變化的形貌；

以液面靜止時獲取的上層信息載體參考圖像與下層信息載體參考圖像作為參考，對所述上層信息載體畸變圖像和所述下層信息載體畸變圖像進行處理得到所述上層信息載體圖像和所述下層信息載體圖像各個時刻的面內U、V方向的位移矢量數據，求解上層信息載體圖像各個時刻的全場位移矢量場與下層信息載體圖像各個時刻的全場位移矢量場；

按照以下方法，根據上層信息載體圖像的全場位移矢量場與下層信息載體圖像的全場位移矢量場求解所述液面各個時刻的液體高度數據：

其中，S1為上層信息載體圖像的全場面內位移，S2為下層信息載體圖像的全場面內位移，d為所述介質的上層與下層之間的厚度，α為圖像采集設備所采集圖像對應位置的光線與豎直方向的夾角，n1為液體的折射率，n2為所述介質的折射率。

2.根據權利要求1所述的基于雙層圖形透射成像的液面變形和形貌測量方法，其特征在于，所述信息載體圖形包括條紋、散斑和點陣信息。

3.根據權利要求1所述的基于雙層圖形透射成像的液面變形和形貌測量方法，其特征在于，采用數字云紋技術、數字散斑技術或幾何相位分析技術對所述上層信息載體畸變圖像和所述下層信息載體畸變圖像進行處理得到所述上層信息載體圖像和所述下層信息載體圖像各個時刻的面內U、V方向的位移矢量數據。

4.根據權利要求1所述的基于雙層圖形透射成像的液面變形和形貌測量方法，其特征在于，所述介質包括透明玻璃、或透明塑料，所述介質的折射率與所述液體的折射率相等或不相等。

5.根據權利要求1所述的基于雙層圖形透射成像的液面變形和形貌測量方法，其特征在于，所述上層信息載體圖像各個時刻的全場位移矢量場，包括所述上層信息載體圖像各個時刻的面內U、V方向位移矢量場的矢量和，所述下層信息載體圖像各個時刻的全場位移矢量場包括下層信息載體圖像各個時刻的面內U、V方向位移矢量場的矢量和。