[發(fā)明專利]一種基于可變背景的流場(chǎng)測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210292219.8
• 申請(qǐng)日: 2022-03-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114383668B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊立軍;李敬軒;張玥;梁炫燁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02;G06T5/40
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 宋南

1.一種基于可變背景的流場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，包括：LED平行背光源、液晶面板、相機(jī)、圖像處理模塊和背景圖案生成模塊；

所述LED平行背光源，用于向液晶面板發(fā)射平行光源；

所述背景圖案生成模塊，用于執(zhí)行下述步驟：

步驟S1：獲取相機(jī)分辨率及相機(jī)所拍攝的背景區(qū)域大小；

步驟S2：計(jì)算相機(jī)一個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的背景圖案區(qū)域的實(shí)際大小，由此得到像素實(shí)際邊長(zhǎng)；

步驟S3：設(shè)定黑色正方形采樣點(diǎn)的邊長(zhǎng)a為像素實(shí)際邊長(zhǎng)的2倍或3倍，采樣半徑R的初始值為邊長(zhǎng)a的1.5倍；

步驟S4：以邊長(zhǎng)a和采樣半徑R為參數(shù)，采用泊松圓盤采樣法在白色背景上隨機(jī)生成多個(gè)黑色正方形采樣點(diǎn)，作為背景圖案；

步驟S5:生成所述背景圖案的直方圖，由此計(jì)算背景圖案的灰度平均值；

步驟S6:判斷灰度平均值與0.5的差的絕對(duì)值是否大于閾值，如果為是，若灰度平均值大于0.5則減小采樣半徑R，若灰度平均值小于0.5則增加采樣半徑R，進(jìn)入步驟S4；否則，進(jìn)入步驟S7；

步驟S7：以生成的背景圖案作為最優(yōu)背景圖案，將所述最優(yōu)背景圖案發(fā)送至液晶面板；

所述液晶面板，用于顯示最優(yōu)背景圖案；

所述相機(jī)，用于對(duì)最優(yōu)背景圖案前未放置待測(cè)流場(chǎng)和最優(yōu)背景圖案前放置待測(cè)流場(chǎng)分別進(jìn)行成像，得到第一圖像和第二圖像；

所述圖像處理模塊，用于對(duì)第一圖像和第二圖像按照預(yù)設(shè)算法進(jìn)行處理，得到待測(cè)流場(chǎng)的密度和溫度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變背景的流場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述LED平行背光源上設(shè)置平行光膜。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變背景的流場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述LED平行背光源及液晶面板的尺寸根據(jù)待測(cè)流場(chǎng)大小確定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可變背景的流場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，所述圖像處理模塊具體用于：

獲取第一圖像和第二圖像；

對(duì)第一圖像和第二圖像分別進(jìn)行預(yù)處理；預(yù)處理包括：去除圖像的噪聲干擾和對(duì)圖像的灰度直方圖進(jìn)行平滑處理；

選取互相關(guān)窗口，對(duì)預(yù)處理后的第一圖像和預(yù)處理后的第二圖像進(jìn)行互相關(guān)處理，得到整個(gè)待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域背景圖案的每個(gè)像素的偏移量，由此得到整個(gè)待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域背景圖案的偏移分布；

根據(jù)整個(gè)待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域背景圖案的偏移分布獲得待測(cè)流場(chǎng)相對(duì)折射率分布；

根據(jù)環(huán)境折射率和待測(cè)流場(chǎng)相對(duì)折射率分布，計(jì)算出待測(cè)流場(chǎng)折射率分布；

根據(jù)待測(cè)流場(chǎng)相對(duì)折射率分布，計(jì)算待測(cè)流場(chǎng)密度分布；

根據(jù)待測(cè)流場(chǎng)密度分布，計(jì)算待測(cè)流場(chǎng)溫度分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于可變背景的流場(chǎng)測(cè)量裝置，其特征在于，在得到整個(gè)待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域背景圖案的每個(gè)像素的偏移量之后包括：

從待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域背景圖案中選取需要進(jìn)行參數(shù)處理的關(guān)注區(qū)域或具有軸對(duì)稱性的關(guān)注區(qū)域，所述關(guān)注區(qū)域的行數(shù)為t，列數(shù)為q；

從關(guān)注區(qū)域的第一行開(kāi)始，提取第一行數(shù)據(jù)里偏移量的極大值和極小值所在位置，計(jì)算兩個(gè)位置橫坐標(biāo)平均值，取橫坐標(biāo)平均值的整數(shù)部分作為第一行數(shù)據(jù)的對(duì)稱軸的初始值m；

確定對(duì)稱軸遍歷范圍為[m-b,m+b]，其中b為遍歷半徑；

將關(guān)注區(qū)域第一行中的q個(gè)偏移量的絕對(duì)值組成集合B，對(duì)于 [m-b,m+b]區(qū)間內(nèi)每一個(gè)可能的對(duì)稱軸，通過(guò)集合B的數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)稱軸左右兩側(cè)數(shù)據(jù)的互相關(guān)系數(shù)，總共得到2b+1個(gè)互相關(guān)系數(shù)；

比較2b+1個(gè)互相關(guān)系數(shù)的大小，以最大互相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)的對(duì)稱軸坐標(biāo)作為第一行的對(duì)稱軸位置；

按照上述步驟遍歷關(guān)注區(qū)域的其它t-1行，得到t-1行的對(duì)稱軸坐標(biāo)；

計(jì)算的平均值，取平均值的整數(shù)部分作為整個(gè)待測(cè)流場(chǎng)區(qū)域?qū)ΨQ軸的橫坐標(biāo)。