一种提高压敏漆试验效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高压敏漆试验效率的方法，包括：步骤一，在风洞吹风启动前，采集在每个迎角下模型表面PSP涂层的暗图像、参考图像；步骤二，在风洞启动后，切换激发光工作状态为打开，基于相机采集在每个迎角下模型表面PSP涂层的试验图像；步骤三，基于对暗图像、参考图像、试验图像的标记、处理，以得到比值图像；步骤四，基于试前获得的压敏漆光强比与压力的校准关系式，将比值图像换算以得到模型表面的压力图像；步骤五，基于已知的风洞来流参数，对将压力图像进行换算以获得对应的压力系数图像。本发明专利技术提供一种提高压敏漆试验效率的方法，以减小目前PSP技术吹风时长，进而提高试验效率，节省试验经费。节省试验经费。节省试验经费。

【技术实现步骤摘要】
一种提高压敏漆试验效率的方法


[0001]本专利技术涉及风洞试验
更具体地说，本专利技术涉及一种在光学压敏漆风洞试验技术中提高压敏漆试验效率的方法。

技术介绍

[0002]在风洞试验中，表面压力的测量是了解飞行器气动性能的最基本手段之一，是飞行器总体和结构设计、气动载荷分布预测和强度校核不可或缺的试验技术。压力测量提供了很多重要流动现象的关键信息，如激波、流动分离、涡的发展等。另外，精确的压力测量数据在验证和确认数值模拟方法中也起着关键的作用。传统压力测量方法以在模型表面布设测压孔，通过管路连接压力传感器或电子扫描阀来测量物面压力的方式为主，该方法测量精度较高，但存在空间分辨率低、模型加工复杂、试验准备繁复等工程使用局限。自19世纪30年代德国化学家Kautsky H和Hirsch H首次发现氧分子在某些化学物受激发出荧光或磷光过程中快速熄灭其发光强度的“氧猝灭”效应以来，人们试图在实践中加以利用。20世纪80年代以来，人类利用高分子有机物的光致发光和氧分子对光致发光强度的“猝熄”效应，融合了光学、信息技术和图形图像处理技术的成果创造性地专利技术了压敏漆测压技术(Pressure Sensitive Paint Technique
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PSP)，并广泛应用于航空航天、汽车工业和高层建筑稳定性研究等领域。
[0003]PSP技术是利用高分子有机物（探针分子）的光致发光特性和氧分子对激发态探针分子去活的“氧猝熄”效应，以适当波长的激发光源照射布满含有探针分子压敏漆的受测物面，由光强采集设备捕捉涂层表面灰度图像，经过图像处理和灰度与压力转换，获得受测物面压力分布图谱的测量方法。该技术以非接触方式测量模型表面全域的连续变化压力图谱，能够更加直观、全面和较为准确地反映受测物面在气流中的压力结构状况，弥补和避免了传统压力测量方法的固有缺陷和不足，体现出不可替代的独特优势。近十几年来，压敏漆测压技术，尤其是基于光强法的压敏漆测压技术在国内外各大科研机构和院校得到了迅猛发展，目前已进入工程应用阶段，成为国内外各生产型风洞所必需的一种试验手段。
[0004]PSP试验技术具有非接触流场无扰动和高空间分辨率等优势，但试验误差源较多，采集图像噪声是其中一个重要误差源，必须加以抑制，才能保证PSP技术的高精度测量。由于PSP涂层中探针分子凝聚和CCD相机噪声等影响，试验中采集的PSP图像存在大范围椒盐噪声，图像光强呈波动分布，在以往的PSP试验经验中，一般采用试验中采集多图再平均的方法消除椒盐噪声和图像光强波动，该方法具有较好的降噪平滑效果，但代价是增加了试验中图像采集幅数，进而增加了试验时长、试验能耗和试验经费，降低了试验效率。以2.4米量级风洞开展的模型表面PSP压力测量试验为例，为了减弱图像椒盐噪声影响，通常采集10副图像进行平均处理，同时为了保证较高的图像信噪比，相机曝光时间为1秒左右，这样一个试验状态的总吹风时长达到120秒左右，而以压力传感器为测量器件的传统压力测量方法在一个试验状态下的吹风时间只有50秒左右，PSP试验方法的吹风时间远大于传统试验方法，试验效率较低，试验能耗和试验费用也较常规方法大幅增加。
[0005]总之，以压力传感器为测量器件的表面压力测量方法存在空间分辨率低、模型加工复杂、试验准备繁复等工程使用局限，PSP技术具有非接触流场无扰动和高空间分辨率等优势，能够更加直观、全面和较为准确地反映受测物面在气流中的压力结构状况，弥补和避免了传统压力测量方法的固有缺陷和不足，但存在吹风时间长、试验效率低、试验能耗大、测试经费高的缺点。为了提高PSP技术的工程实用性和经济性，必须降低该技术的吹风时长，提高试验效率，节约试验经费。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0007]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种提高压敏漆试验效率的方法，包括：步骤一，在风洞吹风启动前，通过切换激发光工作状态，以基于相机采集在每个迎角下模型表面PSP涂层的暗图像、参考图像；步骤二，在风洞启动后，切换激发光工作状态为打开，基于相机采集在每个迎角下模型表面PSP涂层的试验图像；步骤三，基于对暗图像、参考图像、试验图像的标记、高斯滤波处理，以得到对应的比值图像；步骤四，基于试后获得的压敏漆光强比与压力的校准关系式，将比值图像换算以得到模型表面的压力图像；步骤五，基于已知的风洞来流参数，将压力图像进行换算以获得对应的压力系数图像；其中，在步骤一中，在进行暗图像、参考图像采集时，通过相机在每个迎角下分别采集10幅初始暗图像以及10幅初始参考图像，并通过对10幅初始暗图像、10幅初始参考图像分别进行平均处理，以得到一幅对应的暗图像、一幅对应的参考图像；在步骤二中，所述试验图像被配置为在每个迎角下只采集一张对应的试验图像；在步骤三中，所述高斯滤波直径配置为30像素，迭代次数配置为15次。
[0008]优选的是，在步骤三中，所述标记、处理被配置为包括：S30，通过载入暗图像、参考图像和试验图像，并在参考图像和试验图像上进行标记点选取、标记点识别和标记点定位，以得到用于保存定位的标记点坐标文件；S31，基于标记点坐标关系，将试验图像配准到参考图像位置，检验配准精度，若精度达到预定要求，则保存配准后的试验图像，进入步骤S32，若精度不达标，则返回步骤S30；S32，将参考图像、试验图像分别减除背景图像，并对图像中无压敏漆区域进行图像填充，获得填充后的参考图像一和试验图像一；S33，将模型以外的区域设置为背景区域，背景区域中的参考图像一和试验图像一光强不赋值，并对背景区域以外的模型区域图像进行高斯滤波，以得到滤波后的参考图像二和试验图像二；S34，将参考图像二与试验图像二进行比值处理，以获得对应的比值图像。
[0009]优选的是，在步骤S30中，所述标记点为黑色圆形，均匀分布在模型图像四周，数量
至少12个，所述标记点定位被配置为采用质心法、形心法和基于模板的互相关法。
[0010]优选的是，在S31中，所述配准被配置为采用基于特征信息的配准方式，以通过对参考图像和试验图像中的特征点进行提取、定位，拟合参考图像和试验图像的相互关系，进而获得试验图像与参考图像的配准关系；基于配准关系式将试验图像逐个像素点灰度值映射到参考图像中；映射后的试验图像不在整数像素点上的，利用插值方法计算整数像素点上的灰度值，最终完成试验图像的配准。
[0011]优选的是，在S32中，所述填充被配置为包括：S320，选定处理区域，该区域要包含并超出需填充图像区域；S321，采用插值方法对处理区域图像进行填充，且所述插值方法中的插值函数为代数多项式。
[0012]优选的是，在S33中，所述背景区域的设置被配置为采用阈值法得到；所述高斯滤波方法的滤波函数形式配置为：；其中，为像素点坐标，的大小配置为1.5。
[0013]优选的是，所述步骤四中，试后的压敏漆光强比与压力校准关系式形式为：；其中，P为压力，为校准系数，为吹风和不吹风两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高压敏漆试验效率的方法，其特征在于，包括：步骤一，在风洞吹风启动前，通过切换激发光工作状态，基于相机采集在每个迎角下模型表面PSP涂层的暗图像、参考图像；步骤二，在风洞启动后，切换激发光工作状态为打开，基于相机采集在每个迎角下模型表面PSP涂层的试验图像；步骤三，基于对暗图像、参考图像、试验图像的标记、高斯滤波处理，以得到对应的比值图像；步骤四，基于试后获得的压敏漆光强比与压力的校准关系式，将比值图像换算以得到模型表面的压力图像；步骤五，基于已知的风洞来流参数，将压力图像进行换算以获得对应的压力系数图像；其中，在步骤一中，在进行暗图像、参考图像采集时，通过相机在每个迎角下分别采集10幅初始暗图像以及10幅初始参考图像，并通过对10幅初始暗图像、10幅初始参考图像分别进行平均处理，以得到一幅对应的暗图像、一幅对应的参考图像；在步骤二中，所述试验图像被配置为在每个迎角下只采集一张对应的试验图像；在步骤三中，所述高斯滤波直径配置为30像素，迭代次数配置为15次。2.如权利要求1所述的提高压敏漆试验效率的方法，其特征在于，在步骤三中，所述标记、处理被配置为包括：S30，通过载入暗图像、参考图像和试验图像，并在参考图像和试验图像上进行标记点选取、标记点识别和标记点定位，以得到用于保存定位的标记点坐标文件；S31，基于标记点坐标关系，将试验图像配准到参考图像位置，检验配准精度，若精度达到预定要求，则保存配准后的试验图像，进入步骤S32，若精度不达标，则返回步骤S30；S32，将参考图像、试验图像分别减除背景图像，并对图像中无压敏漆区域进行图像填充，获得填充后的参考图像一和试验图像一；S33，将模型以外的区域设置为背景区域，背景区域中的参考图像一和试验图像一光强不赋值，并对背景区域以外的模型区域图像进行高斯滤波，以得到滤波后的参考图像二和试验图像二；S34，将参考图像二与试验图像二进行比值处理，以获得对应的比值图像。3.如权利要求2所述的提高压敏漆试验效率的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥，熊健，黄辉，王红彪，刘大伟，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：