一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法技术

本发明专利技术公开了一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法，包括：沿宽度方向对超声速流场进行切片，并基于NPLS技术在每个切片截面上获取若干二维流场图像；对每个切片截面获得的二维流场图像进行时均处理，得到每个切片截面对应的二维时均流场图像，并对各二维时均流场图像进行滤波处理；对二维时均流场图像进行边缘提取，得到每个切片截面对应的边缘提取图像；对各切片截面的边缘提取图像进行拟合，并基于边缘拟合曲线生成流场的曲面点云数据，完成三维流场重构。本发明专利技术应用于流体力学领域，通过NPLS技术获得超声速流场中不同截面二维流场图像，并结合数学方法重构获得三维流场结构，能够有效地对流场特性进行进一步的识别。能够有效地对流场特性进行进一步的识别。能够有效地对流场特性进行进一步的识别。

【技术实现步骤摘要】
一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法


[0001]本专利技术涉及流体力学
，具体是一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法。

技术介绍

[0002]纳米示踪的平面激光散射(NPLS)技术是一种瞬态、非接触式的流动显示技术，其核心是采用纳米粒子作为示踪粒子，具有高时空分辨率和高信噪比等特点。该实验系统在流场内加入流动跟随性好的纳米粒子，激光通过光学元件产生的片光源照亮实验区域，示踪粒子在片光照射下发生瑞利散射变亮，然后可通过高分辨率CCD相机记录流场。大量实验表明，NPLS技术可以很好地再现超声速流场中精细流动结构。
[0003]通过NPLS技术可以获得品质较高的流场结构图像，正如图1所示，从图1中可看出拍摄的是流场二维结构，是沿某一方向的切片，三维流场结构无法通过CCD相机直接记录。但在实际应用中，大多数复杂流动都呈现三维特性，因此重构三维流场对进一步认识流场特性具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法，以便于进一步识别流场特性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006]步骤1，沿宽度方向对超声速流场进行切片，并基于NPLS技术在每个切片截面上获取若干二维流场图像；
[0007]步骤2，对每个切片截面获得的二维流场图像进行时均处理，得到每个切片截面对应的二维时均流场图像，并对各二维时均流场图像进行滤波处理；
[0008]步骤3，对各滤波后的二维时均流场图像进行边缘提取，得到每个切片截面对应的边缘提取图像；
[0009]步骤4，对各切片截面的边缘提取图像进行拟合，并基于边缘拟合曲线生成流场的曲面点云数据，完成三维流场重构。
[0010]在其中一个实施例，步骤1中，所述沿宽度方向对超声速流场进行切片，具体为：
[0011]沿宽度方向对超声速流场进行等间隔的切片。
[0012]在其中一个实施例，步骤2中，所述对每个切片截面获得的二维流场图像进行时均处理，得到每个切片截面对应的二维时均流场图像，具体为：
[0013]将同一切片截面各二维流场图像对应位置的灰度信息直接乘以系数1/N再相加后添加至空白图像模板，即得到该切片截面对应的二维时均流场图像，其中，N为一切片截面上所获取二维流场图像的数量。
[0014]在其中一个实施例，步骤2中，所述对各二维时均流场图像进行滤波处理，具体为：
[0015]利用二维高斯函数对各二维时均流场图像进行线性滤波。
[0016]在其中一个实施例，步骤3中，采用拉普拉斯算子对各滤波后的二维时均流场图像进行边缘提取，对于滤波后的二维时均流场图像f(x,y)，拉普拉斯算子定义为：
[0017][0018]式中，表示拉普拉斯算子符号，f(x,y)表示滤波后的二维时均流场图像函数，每一个点的函数值表示每一个滤波后的灰度值；
[0019]采用八邻域算子模板的离散形式为：
[0020][0021]式中，为二维时均流场图像f(x,y)中像素点(x
i
,y
i
)八邻域的拉普拉斯模板与图像函数的卷积结果；
[0022]将二维时均流场图像f(x,y)中各像素点的卷积结果减在对应的像素点上，即实现了二维时均流场图像的边缘提取，得到每个切片截面对应的边缘提取图像。
[0023]在其中一个实施例，步骤4中，采用贝塞尔曲线对各切片截面的边缘提取图像进行拟合，其过程为：
[0024]对于任一边缘提取图像，在该边缘提取图像中取n+1个边缘控制点P0、P1、
···
、P
n
，贝塞尔曲线上任意一点可表示为：
[0025][0026]式中，P(t)表示贝塞尔曲线，t表示控制点信息，P
i
表示第i个边缘控制点，表示第i个Bernestein多项式，代表贝塞尔曲线中的基函数，为：
[0027][0028]式中，表示排列组合中的组合数公式；
[0029]根据所取边缘控制点的数量，可对边缘提取图像的边缘进行分段拟合得到贝塞尔曲线，即边缘拟合曲线。
[0030]在其中一个实施例，可通过改变步骤1中超声速流场中切片截面的密度调整步骤4中曲面点云数据密度，即调整三维重构流场的精度。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益技术效果：
[0032]1、通过NPLS技术获得超声速流场中不同截面二维流场图像，并结合数学方法重构获得三维流场结构，能够有效地对流场特性进行进一步的识别；
[0033]2、可通过调节点云密度可调整三维重构精度。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0035]图1为现有技术中NPLS技术所获得的流场结构图像；
[0036]图2为本专利技术实施例中三维流场重构方法的流程图。
[0037]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0040]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0041]如图2所示为本实施例公开的一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法，其主要包括如下步骤：
[0042]步骤1，沿宽度方向对超声速流场进行切片，并基于NPLS技术在每个切片截面上获取若干二维流场图像，例如每个切片截面上均获取多张(数十或数百)二维流场图像。其中，在对超声速流场进行切片的过程中，具体为沿宽度方向对超声速流场进行等间隔的切片。
[0043]在具体实施过程中，基于NPLS技术在每个切片截面上获取若干二维流场图像具体为：每一次实验通过现有的NPLS技术获取一个截面的图像，并得到时均处理后的图像(相当于得到定常状态的流场结构)，其它截面图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于切片式光测图像的三维流场重构方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，沿宽度方向对超声速流场进行切片，并基于NPLS技术在每个切片截面上获取若干二维流场图像；步骤2，对每个切片截面获得的二维流场图像进行时均处理，得到每个切片截面对应的二维时均流场图像，并对各二维时均流场图像进行滤波处理；步骤3，对各滤波后的二维时均流场图像进行边缘提取，得到每个切片截面对应的边缘提取图像；步骤4，对各切片截面的边缘提取图像进行拟合，并基于边缘拟合曲线生成流场的曲面点云数据，完成三维流场重构。2.根据权利要求1所述的基于切片式光测图像的三维流场重构方法，其特征在于，步骤1中，所述沿宽度方向对超声速流场进行切片，具体为：沿宽度方向对超声速流场进行等间隔的切片。3.根据权利要求1或2所述的基于切片式光测图像的三维流场重构方法，其特征在于，步骤2中，所述对每个切片截面获得的二维流场图像进行时均处理，得到每个切片截面对应的二维时均流场图像，具体为：将同一切片截面各二维流场图像对应位置的灰度信息直接乘以系数1/N再相加后添加至空白图像模板，即得到该切片截面对应的二维时均流场图像，其中，N为一切片截面上所获取二维流场图像的数量。4.根据权利要求1或2所述的基于切片式光测图像的三维流场重构方法，其特征在于，步骤2中，所述对各二维时均流场图像进行滤波处理，具体为：利用二维高斯函数对各二维时均流场图像进行线性滤波。5.根据权利要求1或2所述的基于切片式光测图像的三维流场重构方法，其特征在于，步骤3中，采用拉普拉斯算子对各滤波后的二维时均流场图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：温景浩，王前程，赵玉新，张若凌，马力，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：