【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光學測量，具體涉及一種多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，用于實現對復雜幾何結構流場的高精度測量。
技術介紹
1、背景紋影(background?oriented?schlieren，簡稱bos)技術是一種基于光學測量原理的無接觸式密度梯度可視化方法。該技術廣泛用于空氣動力學實驗、空天發動機燃燒測試等領域。然而，在大尺度復雜流場中，傳統單相機bos系統的視場范圍有限，無法覆蓋整個測量區域，導致流場數據的獲取不完整。同時，受限于相機的分辨率和視場，測量精度會有所降低，特別是對于具有復雜幾何邊界的流場(如專利cn105180211b所述的超燃沖壓發動機燃燒室)，單相機系統難以同時覆蓋多個關鍵區域，導致測量結果不完整或精度下降。
2、通常可以通過視場拼接的方法解決上述問題，例如，公開號為cn114964713b的中國專利中公開了一種用于大尺度流場可視成像的紋影實驗方法，公開號為cn117782517b的中國專利中公開了一種基于多相機背景紋影的二維流場測試方法及系統，但這兩者主要針對一維規則排列的視場進行拼接，只可以解決大尺度流場中的長度較長流場的測量問題，但無法解決其他大尺度流場和復雜幾何結構流場的測量問題。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，能夠有效擴大背景紋影法的視場范圍，解決傳統單相機系統在大尺度測量中的視場受限問題，提高測量精度。
2、為實現上述技術目的，本專利技術采取的技術方案為：
4、步驟a，在靜止空氣和流體流動條件下，采用多個相機同步采集復雜幾何結構流場不同區域的背景圖像和實驗圖像；
5、步驟b，將根據實際復雜流場結構劃定的視場作為拼接后的視場，得到全視野輪廓，并對其繪制非結構化網格；基于每個相機分別拍攝得到的子位移場的數據，根據區域位置對應關系，將子位移場上的數據插值到每個非結構化網格的格點上，得到拼接后的全場位移分布；
6、步驟c，根據拼接后的全場位移分布，通過求解泊松方程計算流場的密度信息。
7、步驟a進一步包括：
8、搭建多相機背景紋影系統，所述多相機背景紋影系統包括背景板、待測量的復雜幾何結構和n個相機，n為大于等于2的整數；所述背景板放置在待測量的復雜幾何結構流場后方，表面布滿隨機散點圖案，且完全覆蓋整個被測流場；
9、調整各相機的位置和姿態，使相鄰相機的視場之間具有重疊區域且所有相機均看到背景板圖案；多個相機拍攝到的待拼接視場為共面的任意特征視場，但相機的位置可以不共面也可以不共面，對此不作限定。
10、進一步地，所述復雜幾何結構包括超燃沖壓發動機模型燃燒室。
11、進一步地，所述相機的幀率取值范圍為30fps至3000fps，取決于流動速度。
12、進一步地，使用機械臂或剛性支架固定相機。
13、進一步地，步驟b中，子位移場的獲取過程包括以下步驟：
14、計算出每臺相機各自的粒子位移量，根據相機在背景圖像上的視場范圍，得到x方向位移量u與y方向位移量v關于x、y的函數u(x,y)和v(x,y)，得到局部流場的位移矩陣。
15、進一步的，將子位移場上的數據插值到每個非結構化網格的格點上的插值方法包括：雙線性插值、雙三次插值、反距離加權插值。
16、進一步地，步驟c中，根據拼接后的流場位移信息，通過求解泊松方程和gladstone-dale方程，計算流場中的密度分布；根據邊界條件，計算出流場的速度和溫度分布，獲得完整的流場物理信息。
17、與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下：
18、第一，本專利技術的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，通過全視場非結構化網格繪制和位移場插值，可以對多個相機拍攝的任意特征(任意大小、任意形狀、任意重疊方式)的共面局部流場圖像進行拼接，能夠在同一測量過程中覆蓋更加復雜的流場區域，顯著擴大bos的視場范圍。
19、第二，本專利技術結合精確的相機標定與拼接算法，確保測量數據的精度，解決了單相機系統在大視場復雜流場測量中的局限問題，實現了對復雜幾何結構和大尺度流場的高精度測量。
20、第三，本專利技術的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，系統結構靈活，可根據實驗需求調整相機數量和位置，適應不同的實驗場景；可廣泛應用于空氣動力學、燃燒學及其他涉及流體密度變化的測量領域。
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1.一種多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，所述多相機背景紋影任意共面視場拼接方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，步驟A進一步包括：
3.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，所述復雜幾何結構包括超燃沖壓發動機模型燃燒室。
4.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，所述相機的幀率取值范圍為30fps至3000fps，相機的幀率取決于流動速度。
5.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，使用機械臂或剛性支架固定相機。
6.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，步驟B中，子位移場的獲取過程包括以下步驟：
7.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，步驟B中，將子位移場上的數據插值到每個非結構化網格的格點上的插值方法包括：雙線性插值、雙三次插值和反距離加權插值。
8.根據權利要求1所述的多相
...【技術特征摘要】
1.一種多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，所述多相機背景紋影任意共面視場拼接方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，步驟a進一步包括：
3.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，所述復雜幾何結構包括超燃沖壓發動機模型燃燒室。
4.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，所述相機的幀率取值范圍為30fps至3000fps，相機的幀率取決于流動速度。
5.根據權利要求1所述的多相機背景紋影任意共面視場拼接方法，其特征在于，使用機械臂或剛...
【專利技術屬性】
技術研發人員：熊淵，劉佳樂，樓澤宇，王將升，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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