[發明專利]復雜結構內部流場的光學匹配校準方法及設備

有效

• 申請號: 202210257346.4
• 申請日: 2022-03-16
• 公開（公告）號: CN114739627B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 鐘強;禹東峰;劉建華;王福軍
• 申請（專利權）人: 中國農業大學;中國船舶科學研究中心
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

本公開提供的復雜結構內部流場測量的光學匹配校準方法及設備，包括：制作復雜結構的透明模型；向透明模型一側提供面光源，并向其內腔體通入折射率匹配液，所述折射率匹配液的折射率與制作所述透明模型所用材料的折射率相近，獲取被所述面光源照亮的所述透明模型的內部圖像；對獲取的內部圖像使用圖像像素值的標準差作為透明模型與折射率匹配液的折射率匹配度，若折射率匹配度未達到折射率匹配度設定值，則調節折射率匹配液的折射率，直至折射率匹配度達到折射率匹配度設定值，校準結束。本公開可使流體與透明材料加工的復雜結構折射率完全匹配，以消除光學方法測量復雜結構內部流場時的圖像失真，為復雜結構內部流場的光學測量提供了基礎。

技術領域

本公開實施例涉及復雜結構內部流場測量技術領域，尤其涉及一種復雜結構內部流場的光學匹配校準方法和設備。

背景技術

對于復雜結構內部流場的光學測量，一直是流體工程領域的重點關注問題。目前常用的復雜結構內部流場實驗一般采用透明材料建造復雜結構的模型，之后將流體通入復雜結構內部，使用高速攝影方法觀察結構內部流場。這種方法由于透明材料的折射率一般與流體不同，光線在通過復雜的透明材料結構時將會出現折射問題，最終在相機中呈現畸變的圖像，無法得到真實的內部流場。

發明內容

本公開旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本公開第一方面實施例提供的復雜結構內部流場的光學匹配校準方法，解決利用圖像測量技術進行內部流場測量時遇到的圖像畸變問題，有利于觀測到復雜結構內部的準確流場數據。本公開第一方面實施例提供的光學匹配校準方法包括：

步驟S1、制作復雜結構的透明模型，所述透明模型內設有容納折射率匹配液的腔體，且所述腔體內設有至少一個使入射光源發生折射的固體部件，選取折射率與制作所述透明模型所用材料的折射率相近的折射率匹配液；

步驟S2、向所述透明模型一側提供面光源，并向所述腔體通入折射率匹配液，獲取被所述面光源照亮的所述透明模型的內部圖像；

S3、對步驟S2獲取的所述內部圖像使用公式(1)計算所述透明模型與所述折射率匹配液的折射率匹配度，若所述折射率匹配度未達到折射率匹配度設定值，則執行步驟S4，直至所述折射率匹配度達到所述折射率匹配度設定值，校準結束；所述公式(1)為：

式中，s為所述透明模型與所述折射率匹配液的折射率匹配度；N和M分別為步驟S2獲取的所述內部圖像含有的像素總列數和像素總行數；I_ij為步驟S2獲取的所述內部圖像中第j?行、第i列像素的灰度值；為步驟S2獲取的所述內部圖像的灰度平均值；

步驟S4、調節通入所述透明模型的折射率匹配液的折射率，返回步驟S2。

本公開第一方面實施例提供的復雜結構內部流場的光學匹配校準方法，具有以下特點以及有益效果：

本公開第一方面實施例提供的復雜結構內部流場的光學匹配校準方法，可在原位同時測量折射率匹配液與復雜結構的折射率匹配程度，使得流體工質與復雜結構界面不會發生折射影響圖像測量方法中的圖像質量，可以徹底消除流體工質與復雜結構折射率不同導致的圖像畸變引起的復雜結構內部流場測量誤差，為復雜結構內部流場的準確測量提供了保障，在相關流體工程實驗研究方面具有重要的推廣價值。

在一些實施例中，步驟S2中，所述透明模型的內部圖像是從垂直于所述面光源所在平面的所述透明模型的另一側獲取得到。

在一些實施例中，步驟S3中，根據所述內部圖像的灰度平均值和允許的圖像亮度差異確定所述折射率匹配度設定值。

在一些實施例中，所述折射率匹配度設定值設為

在一些實施例中，步驟S4包括：