【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于流場光學測量，尤其涉及一種多紋影效應協同測量系統。
技術介紹
1、紋影效應是指流場因密度梯度而造成的光線偏折現象，紋影方法作為一類非接觸式的流場光學測量方法，廣泛的應用于密度變化流動的可視化與定量測量中。經典的刀片式紋影技術將光線偏折轉化為相機感光面上的明暗變化，其中光強分布表征了所測流場密度梯度在垂直于刀片方向上的梯度大小，刀片紋影法測量空間分辨率高，但進行定量測量時標定較復雜且對光強噪音明顯，因此刀片式紋影常用于流場密度變化的定性可視化。
2、2000年左右背景紋影法出現并逐漸興起，其將光線的偏折轉化為背景板上圖案的位移，可用于變密度流動可視化與定量測量，具有標定方便、視窗大小不限等顯著優勢。背景紋影法常利用piv技術中的互相關算法提取位移，通過比較有無待測流場時的參考與畸變圖像，得到圖像畸變的位移空間分布；進一步結合光學元件的位置等標定信息，可得到待測流場沿光程方向積分的二維折射率梯度分布。與刀片紋影技術相比，背景紋影需要對采集圖像進行后處理才能實現流場密度變化的實時可視化，遠不如刀片式紋影技術清楚明了。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供了一種多紋影效應協同測量系統。
2、為實現上述技術目的，本專利技術采取的技術方案為：
3、一種多紋影效應協同測量系統，包括帶有隨機散點圖案的凹面反射鏡、點光源、刀口、相機和圖像采集系統；點光源為光闌限制光源形成的點光源；點光源用于向凹面反射鏡發射光線
4、為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：
5、上述的凹面反射鏡為拋物面鏡或球面鏡或橢圓面鏡；凹面反射鏡的外輪廓形狀為圓形或多邊形，凹面反射鏡上的隨機散點圖案印在反射鍍膜圖層上，反射鍍膜圖層位于凹面反射鏡表面，反射鍍膜圖層直接接觸空氣或外表面覆蓋抗劃傷涂層。
6、上述的凹面反射鏡上的隨機散點圖案由大小接近的隨機散點組成，具體包括如下要求：
7、(1)散點形狀為圓形、三角形、正方形、矩形、菱形圖案中的一種或幾種混合，散點填充狀態為空心、半空心或實心；
8、(2)隨機散點在相機成像面上大小在64個像素以內。
9、上述的多紋影效應協同測量系統采用單鏡離軸紋影光路。
10、上述的單鏡離軸紋影光路的具體設置方式為：將凹面反射鏡中心法向矢量、相機傳感器中心法向矢量和點光源光心調整至同一平面，以距離凹面反射鏡法線光軸2f處為參考點，在參考點附近布置相機與點光源，相機與點光源盡可能接近。
11、上述的多紋影效應協同測量系統采用單鏡共軸紋影光路。
12、上述的多紋影效應協同測量系統采用單鏡共軸紋影光路時，多紋影效應協同測量系統包括平面分光鏡，凹面反射鏡中心法向矢量、點光源光心、相機傳感器中心法向矢量和平面分光鏡中心調整至同一光心平面，平面分光鏡正對凹面反射鏡布置，其中心放置在距離凹面反射鏡法線光軸2f處附近，以垂直光心平面且穿過平面分光鏡中心為旋轉軸，調至平面分光鏡法向矢量與凹面反射鏡法向矢量呈45°；點光源主光軸以45°入射角照射平面分光鏡，點光源發射的光錐經平面分光鏡反射后，光錐中心線與凹面反射鏡中心法向矢量重合。
13、上述的平面分光鏡的分光比為50：50。
14、上述的刀口放置在經凹面反射鏡反射點光源形成的匯聚點處，用于切割部分光線，得到明暗變化的刀片紋影效果。
15、上述的相機包括凸透鏡頭和相機傳感器，光線經凸透鏡頭后，照射在相機傳感器上，相機傳感器與圖像采集系統連接，相機聚焦于凹面反射鏡的隨機散點圖案上，凹面反射鏡反射光線主光軸與相機傳感器中心法向矢量重合。
16、通過圖像采集系統拍攝有無待測流場時凹面反射鏡隨機散點圖案，采用位移預估算法計算待測流場造成的背景圖案畸變，進一步通過標定光學元件的相對位置和距離信息，計算光線偏折角并得到沿光程積分的二維折射率梯度定量分布。
17、本專利技術具有以下優點：
18、本專利技術的協同測量系統可以實現經典刀片紋影技術圖像明暗變化的效果，同時獲取背景紋影技術背景圖案畸變的效果，結合了刀片紋影技術背景紋影技術，能對流場變化快速定性并方便定量計算。
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1.一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：包括帶有隨機散點圖案的凹面反射鏡、點光源、刀口、相機和圖像采集系統；所述的點光源為光闌限制光源形成的點光源；所述的點光源用于向凹面反射鏡發射光線，所述的刀口放置于距離凹面反射鏡2f處附近，f為凹面反射鏡焦距，刀口放置于凹面反射鏡反射點光源形成的匯聚點處，切去部分匯聚點的光線，以形成明暗變化的刀片紋影效果，所述的相機置于刀口遠離凹面反射鏡的一側，用于采集經刀口切割后的光線圖像，所述的相機和圖像采集系統連接。
2.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：所述的凹面反射鏡為拋物面鏡或球面鏡或橢圓面鏡；凹面反射鏡的外輪廓形狀為圓形或多邊形，凹面反射鏡上的隨機散點圖案印在反射鍍膜圖層上，反射鍍膜圖層位于凹面反射鏡表面，反射鍍膜圖層直接接觸空氣或外表面覆蓋抗劃傷涂層。
3.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：所述的凹面反射鏡上的隨機散點圖案由大小接近的隨機散點組成，具體包括如下要求：
4.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：多紋影效應協同測量系統采用單鏡
5.根據權利要求4所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：單鏡離軸紋影光路的具體設置方式為：將凹面反射鏡中心法向矢量、相機傳感器中心法向矢量和點光源光心調整至同一平面，以距離凹面反射鏡法線光軸2f處為參考點，在參考點附近布置相機與點光源，相機與點光源盡可能接近。
6.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：多紋影效應協同測量系統采用單鏡共軸紋影光路。
7.根據權利要求6所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：多紋影效應協同測量系統采用單鏡共軸紋影光路時，多紋影效應協同測量系統包括平面分光鏡，凹面反射鏡中心法向矢量、點光源光心、相機傳感器中心法向矢量和平面分光鏡中心調整至同一光心平面，平面分光鏡正對凹面反射鏡布置，其中心放置在距離凹面反射鏡法線光軸2f處附近，以垂直光心平面且穿過平面分光鏡中心為旋轉軸，調至平面分光鏡法向矢量與凹面反射鏡中心法向矢量呈45°；所述的點光源主光軸以45°入射角照射平面分光鏡，點光源發射的光錐經平面分光鏡反射后，光錐中心線與凹面反射鏡中心法向矢量重合。
8.根據權利要求7所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：所述的平面分光鏡的分光比為50：50。
9.根據權利要求5或7所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：所述刀口放置在經凹面反射鏡反射點光源形成的匯聚點處，用于切割部分光線，得到明暗變化的刀片紋影效果。所述的相機包括凸透鏡頭和相機傳感器，光線經凸透鏡頭后，照射在相機傳感器上，所述的相機傳感器與圖像采集系統連接，所述相機聚焦于凹面反射鏡的隨機散點圖案上，所述的凹面反射鏡反射光線主光軸與相機傳感器中心法向矢量重合。
10.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：通過圖像采集系統拍攝有無待測流場時凹面反射鏡隨機散點圖案，采用位移預估算法計算待測流場造成的背景圖案畸變，進一步通過標定光學元件的相對位置和距離信息，計算光線偏折角并得到沿光程積分的二維折射率梯度定量分布。
...【技術特征摘要】
1.一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：包括帶有隨機散點圖案的凹面反射鏡、點光源、刀口、相機和圖像采集系統；所述的點光源為光闌限制光源形成的點光源；所述的點光源用于向凹面反射鏡發射光線，所述的刀口放置于距離凹面反射鏡2f處附近，f為凹面反射鏡焦距，刀口放置于凹面反射鏡反射點光源形成的匯聚點處，切去部分匯聚點的光線，以形成明暗變化的刀片紋影效果，所述的相機置于刀口遠離凹面反射鏡的一側，用于采集經刀口切割后的光線圖像，所述的相機和圖像采集系統連接。
2.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：所述的凹面反射鏡為拋物面鏡或球面鏡或橢圓面鏡；凹面反射鏡的外輪廓形狀為圓形或多邊形，凹面反射鏡上的隨機散點圖案印在反射鍍膜圖層上，反射鍍膜圖層位于凹面反射鏡表面，反射鍍膜圖層直接接觸空氣或外表面覆蓋抗劃傷涂層。
3.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：所述的凹面反射鏡上的隨機散點圖案由大小接近的隨機散點組成，具體包括如下要求：
4.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：多紋影效應協同測量系統采用單鏡離軸紋影光路。
5.根據權利要求4所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：單鏡離軸紋影光路的具體設置方式為：將凹面反射鏡中心法向矢量、相機傳感器中心法向矢量和點光源光心調整至同一平面，以距離凹面反射鏡法線光軸2f處為參考點，在參考點附近布置相機與點光源，相機與點光源盡可能接近。
6.根據權利要求1所述的一種多紋影效應協同測量系統，其特征是：多紋影效應協...
【專利技術屬性】
技術研發人員：熊淵，高沐恩，王將升，潘翀，王晉軍，
申請(專利權)人：天目山實驗室，
類型：發明
國別省市：
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