一種三維溫度場(chǎng)的重建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維溫度場(chǎng)的重建方法，更具體地說(shuō)涉及一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰溫度場(chǎng)圖像重建算法，包括步驟：1)計(jì)算目標(biāo)和CCD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離；2)確定目標(biāo)點(diǎn)輻射到CCD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的能量；3)計(jì)算CCD相機(jī)成像平面接收到的能量；4)通過(guò)解卷積過(guò)程，得到三維溫度場(chǎng)的測(cè)量數(shù)值。本發(fā)明所提供的三維溫度場(chǎng)的重建算法不僅可將重建過(guò)程中的數(shù)據(jù)量大幅壓縮，從而提高三維重建的速度，而且還簡(jiǎn)化了重建模型，提高了重建的可信度。
【專利說(shuō)明】一種三維溫度場(chǎng)的重建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種三維溫度場(chǎng)的重建方法，更具體地說(shuō)涉及一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾 焰溫度場(chǎng)圖像重建算法。

【背景技術(shù)】
[0002] 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程中環(huán)境惡劣，一般的測(cè)量方法無(wú)法得到所需的溫度場(chǎng)數(shù) 據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都致力于研究溫度場(chǎng)的測(cè)量方法。在各種燃燒溫度場(chǎng)的測(cè)量方法中， 包括直接式測(cè)量方法，也包括間接式測(cè)量方法。對(duì)于直接式測(cè)量方法，其利用熱敏元件如熱 電偶直接測(cè)量獲得單點(diǎn)溫度的，而如要反映空間中火焰溫度場(chǎng)的情況，它需要測(cè)量場(chǎng)的相 關(guān)參數(shù)，那么這種測(cè)量方法就不適合也不便于測(cè)量，因?yàn)檫@種方法會(huì)給檢測(cè)對(duì)象帶來(lái)波動(dòng)。 對(duì)于間接式測(cè)量方法，其使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)利用熱敏元件獲取燃燒介質(zhì)的發(fā)射、吸收或者 散射光譜成像進(jìn)行處理，并結(jié)合相應(yīng)的重建模型重建出燃燒介質(zhì)的溫度分布，因而適合于 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰溫度場(chǎng)的測(cè)量。
[0003] 近些年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和光學(xué)傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者們 關(guān)注和深入研究基于圖像處理的火焰檢測(cè)技術(shù)。其中成果有如工業(yè)(XD攝像機(jī)，這種攝像 機(jī)具有耐灼傷、圖像清晰度高、工作穩(wěn)定可靠、抵抗力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能較好進(jìn)行火焰燃燒診斷。 基于CCD攝像機(jī)的燃燒診斷，結(jié)合了人工智能技術(shù)、CT技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等， 不僅可以判斷出燃燒火焰的"有"或"無(wú)"，還可以利用相關(guān)的輻射算法來(lái)得到火焰的溫度場(chǎng) 分布信息。一般在應(yīng)用中，系統(tǒng)內(nèi)火焰的光譜輻射到達(dá)圖像傳感器CCD感應(yīng)靶面成像，再由 圖像采集卡將數(shù)據(jù)濾波、數(shù)字化后傳遞給圖像與數(shù)據(jù)處理軟件，結(jié)合相應(yīng)的算法及模型，即 可以得到火焰的溫度值。
[0004] 隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，如今通過(guò)圖形表達(dá)某一事物的形態(tài)已經(jīng)不僅僅 局限于二維的平面圖形，具有空間意義的三維模型被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、建筑設(shè)計(jì)、動(dòng)畫 制作等多種領(lǐng)域。在將二維圖形轉(zhuǎn)換成三維模型時(shí)，必須完成一系列的數(shù)據(jù)、線條、標(biāo)注等 信息的三維轉(zhuǎn)換，這是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，即"三組重建"。應(yīng)用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn) 換，就是二維重建算法。
[0005] 三維重建屬于一種技術(shù)難點(diǎn)，但其應(yīng)用價(jià)值高、應(yīng)用廣泛，因而受到廣泛重視。在 實(shí)際應(yīng)用中，越是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)體造型，其對(duì)于工程技術(shù)人員的素質(zhì)和技能要求越為嚴(yán)格， 因而，更加深入的二、三維轉(zhuǎn)換算法還在進(jìn)一步探索和研究之中。
[0006] 關(guān)于溫度場(chǎng)的三維重建，很多學(xué)者曾先后研究過(guò)正則化方法、迭代求解方法以及 基于正向Monte Carlo方法等重建溫度場(chǎng)。雖然上述算法模型可靠，但這些溫度場(chǎng)重建方 法計(jì)算效率比較低。
[0007] 因此，如何根據(jù)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰溫度場(chǎng)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)水平，大幅提高三 維重建的計(jì)算速度，重建可信度已經(jīng)成為業(yè)界亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在于提供一種三維溫度場(chǎng)的 重建方法，以大幅加快溫度場(chǎng)三維圖像重建的計(jì)算速度和重建可信度。
[0009] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種三維溫度場(chǎng)的重建方法，包括以下步驟：
[0010] 1)計(jì)算目標(biāo)和(XD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離；
[0011] 2)確定目標(biāo)點(diǎn)輻射到(XD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的能量；
[0012] 3)計(jì)算C⑶相機(jī)成像平面接收到的能量；
[0013] 4)通過(guò)解卷積過(guò)程，得到三維溫度場(chǎng)的測(cè)量數(shù)值。
[0014] 其中，在步驟1)中，計(jì)算目標(biāo)和（XD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離的公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種三維溫度場(chǎng)的重建方法，包括以下步驟： 1) 計(jì)算目標(biāo)和C⑶圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離； 2) 確定目標(biāo)點(diǎn)輻射到CCD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的能量； 3) 計(jì)算CCD相機(jī)成像平面接收到的能量； 4) 通過(guò)解卷積過(guò)程，得到三維溫度場(chǎng)的測(cè)量數(shù)值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維溫度場(chǎng)的重建方法，其特征在于：在步驟1)中，計(jì)算目 標(biāo)和CCD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離的公式為：.
x，y表示目標(biāo)點(diǎn)的二 維坐標(biāo)，X1,yi表示CXD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的二維坐標(biāo)，z表示目標(biāo)與CXD圖像間的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維溫度場(chǎng)的重建方法，其特征在于：在步驟2)中， 根據(jù)光照度E的計(jì)算公式
，確定目標(biāo)點(diǎn)輻射到CCD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的能量為
，其中dl表示P1點(diǎn)接收到的福射能量，c是常系數(shù)，0表示P點(diǎn)和P1點(diǎn) 連線與成像面法線的夾角，其數(shù)值為cos0 =z/D，ds是彩色C⑶相機(jī)上最小單元的面積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維溫度場(chǎng)的重建方法，其特征在于：在步驟3)中，根據(jù)軸 對(duì)稱假設(shè)，過(guò)目標(biāo)點(diǎn)且垂直于火焰軸線的圓周對(duì)CCD圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的輻射能量貢獻(xiàn)表示為： dlall = 2IXIdl，聯(lián)合該式與步驟2中的目標(biāo)點(diǎn)輻射到C⑶圖像對(duì)應(yīng)點(diǎn)的能量公式，計(jì)算 CCD相機(jī)成像平面接收到的能量
，其中。代表火焰軸切 面，函數(shù)g(XpY1)表示(XD接收到的能量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維溫度場(chǎng)的重建方法，其特征在于：在步驟4)中，將 CCD相機(jī)成像平面接收到的能量公式中的cos0 /D2作為這個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，其表達(dá)式 為-
，這樣(XD相機(jī)成像平面接收到的能量公式表達(dá)為卷
積形式，
，其中符號(hào)"?"表示卷積，因此其歸結(jié)為一個(gè)數(shù) 學(xué)問(wèn)題：已知函數(shù)g和h，求解函數(shù)f的過(guò)程，是一個(gè)計(jì)算解卷積的過(guò)程，根據(jù)卷積理論，
，其中F表示傅里葉變換，G(u，V)和H(u，V)分別是函數(shù) g(x，y)和h(x，y)的傅里葉變換，對(duì)上式兩端取逆傅里葉變換就得到函數(shù)f(x，y)的結(jié)果：
，式中r1表示逆傅里葉變換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的三維溫度場(chǎng)的重建方法，其特征在于：對(duì)于離散形式，引入快 速傅里葉算法計(jì)算解卷積。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維溫度場(chǎng)的重建方法，其特征在于：在重建過(guò)程中為了檢 驗(yàn)所建立的模型的正確性，將得到的三維模型的三視圖與輸入的三視圖進(jìn)行對(duì)比。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104268938SQ201410507784
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】韓鵬飛, 宮秀良, 侯志勇, 任泌青, 蔣韞韜 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙航天動(dòng)力機(jī)械測(cè)試所