一種火焰通過環(huán)形石英玻璃在二維投影圖像中的成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種火焰通過環(huán)形石英玻璃在二維投影圖像中的成像方法，該方法包括以下步驟：步驟一、從作為測(cè)站點(diǎn)的攝像機(jī)所在位置A觀測(cè)，光源進(jìn)入環(huán)形石英玻璃后發(fā)生兩次折射，得到無折射的目標(biāo)點(diǎn)B經(jīng)過圓環(huán)玻璃折射后偏移到觀測(cè)點(diǎn)P點(diǎn)，即AB為無折射光路，AP為折射光路，∠ACE和∠OCD為第一次折射的入射角和折射角，∠CDF和∠ODP為第二次折射的入射角和折射角，由AC入射的光線經(jīng)折射后光路為：AC—CD—DP；步驟二、基于環(huán)形石英玻璃的射線路徑分析，獲得觀測(cè)點(diǎn)P所在射線方程表達(dá)式。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用環(huán)形石英玻璃折射原理，使得發(fā)動(dòng)機(jī)火焰的二維投影圖像減少了畸變。
【專利說明】一種火焰通過環(huán)形石英玻璃在二維投影圖像中的成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種涉及數(shù)字圖像處理應(yīng)用領(lǐng)域的三維重構(gòu)技術(shù)，特別是涉及一種火 焰通過環(huán)形石英玻璃在二維投影圖像中的成像系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒火焰是研究發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過程中缸內(nèi)狀態(tài)的重要指標(biāo)，對(duì)缸內(nèi)燃燒火焰 的空間形態(tài)分布和三維溫度場(chǎng)的分布進(jìn)行研究有助于研究人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒進(jìn)行有效控 制，對(duì)科學(xué)家優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能起到十分重要的作用。在發(fā)動(dòng)機(jī)光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，通常采用環(huán)形石 英玻璃缸套代替金屬缸套，在多個(gè)角度進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒火焰二維投影圖像的拍攝，最后對(duì) 火焰圖像進(jìn)行三維字化重構(gòu)。
[0003] 由于受到環(huán)形石英玻璃折射特性的影響，火焰的二維投影圖像會(huì)產(chǎn)生畸變，導(dǎo)致 二維投影圖像的像素值不能對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的火焰射線的投影值，因此在切片重構(gòu)之前，需要 根據(jù)環(huán)形石英玻璃的折射特性分析得到二維投影圖像像素值所對(duì)應(yīng)的火焰輻射光線，再利 用相應(yīng)的切片重構(gòu)方法對(duì)火焰進(jìn)行圖像重構(gòu)。并且由于環(huán)形石英玻璃對(duì)光線的折射機(jī)理較 為復(fù)雜，目前針對(duì)環(huán)形石英玻璃折射現(xiàn)象的研究較少。因此，火焰通過環(huán)形石英玻璃在二維 投影圖像中的成像模型研究對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒火焰圖像的三維準(zhǔn)確重構(gòu)具有不可忽視的現(xiàn)實(shí) 意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種火焰通過環(huán)形石英玻璃在二維投影圖 像中的成像模型，該模型考慮光源進(jìn)入環(huán)形石英玻璃后發(fā)生的兩次折射，分別對(duì)兩次折射 的入射角和折射角進(jìn)行分析，最終得到第二次折射后的射線方程。
[0005] 本發(fā)明提出了一種火焰通過環(huán)形石英玻璃在二維投影圖像中的成像方法，該方法 包括以下步驟：
[0006] 步驟一、從作為測(cè)站點(diǎn)的攝像機(jī)所在位置A觀測(cè)，光源進(jìn)入環(huán)形石英玻璃后發(fā)生 兩次折射，得到無折射的目標(biāo)點(diǎn)B經(jīng)過圓環(huán)玻璃折射后偏移到觀測(cè)點(diǎn)P點(diǎn)，即AB為無折射 光路，AP為折射光路，Z ACE和Z 0⑶為第一次折射的入射角和折射角，Z⑶F和Z ODP為 第二次折射的入射角和折射角，由AC入射的光線經(jīng)折射后光路為：AC - CD - DP ;
[0007] 步驟二、基于環(huán)形石英玻璃的射線路徑分析，獲得觀測(cè)點(diǎn)P所在射線方程表達(dá)式， 具體包括以下處理：
[0008] (1)確定直線OA方程表達(dá)式、直線AB方程表達(dá)式及點(diǎn)B坐標(biāo)
[0009] 以0點(diǎn)為圓心，圓環(huán)橫向半徑方向?yàn)閄軸，縱向方向?yàn)閅軸建立坐標(biāo)系；透鏡中心 點(diǎn)與觀測(cè)點(diǎn)所在的直線與X軸的交點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)B ;透鏡中心點(diǎn)坐標(biāo)G (Gx, Gy), G點(diǎn)位于AB直 線上，根據(jù)直線方程的斜截式求得直線Im的方程為：

【權(quán)利要求】
1. 一種火焰通過環(huán)形石英玻璃在二維投影圖像中的成像方法，其特征在于，該方法包 括以下步驟： 步驟一、從作為測(cè)站點(diǎn)的攝像機(jī)所在位置A觀測(cè)，光源進(jìn)入環(huán)形石英玻璃后發(fā)生兩次 折射，得到無折射的目標(biāo)點(diǎn)B經(jīng)過圓環(huán)玻璃折射后偏移到觀測(cè)點(diǎn)P點(diǎn)，即AB為無折射光路， AP為折射光路，ZACE和ZO⑶為第一次折射的入射角和折射角，Z⑶F和ZODP為第二次 折射的入射角和折射角，由AC入射的光線經(jīng)折射后光路為：AC-CD-DP; 步驟二、基于環(huán)形石英玻璃的射線路徑分析，獲得觀測(cè)點(diǎn)P所在射線方程表達(dá)式，具體 包括以下處理： (1) 確定直線OA方程表達(dá)式、直線AB方程表達(dá)式及點(diǎn)B坐標(biāo)： 以0點(diǎn)為圓心，圓環(huán)橫向半徑方向?yàn)閄軸，縱向方向?yàn)閅軸建立坐標(biāo)系；透鏡中心點(diǎn)與 觀測(cè)點(diǎn)所在的直線與X軸的交點(diǎn)為目標(biāo)點(diǎn)B;透鏡中心點(diǎn)坐標(biāo)G(Gx,Gy),G點(diǎn)位于AB直線 上，根據(jù)直線方程的斜截式求得直線Im的方程為：
B點(diǎn)又為lAe與X軸交點(diǎn)，故求得B點(diǎn)坐標(biāo)為：
此時(shí)直線AB為無玻璃折射時(shí)的射線路徑； (2) 求ZACE、點(diǎn)C坐標(biāo)： 設(shè)環(huán)形石英玻璃燈外徑、內(nèi)徑分別為R，r; 則點(diǎn)C為直線lAe與圓環(huán)外圓的交點(diǎn)，C點(diǎn)坐標(biāo)為C(Cx，Cy)，滿足聯(lián)立方程式
ZACE為直線Iab和Iab的夾角，為求得ZACE由夾角公式，應(yīng)確立Itj。的斜率Kre
(3) 由折射定律求出第一次折射角Z0CD;
其中Ii1為空氣折射率，n2為玻璃折射率； (4) 求第二次入射角ZCDF: 點(diǎn)D為直線⑶與環(huán)形玻璃內(nèi)圓的交點(diǎn),通過求解點(diǎn)D的位置坐標(biāo)，
確立首錢OD和首錢CD本隹.從而徨剎笛一.汝入射角z：CDF;
Km為直線CD的斜率、Km為直線OD的斜率； (5) 求出第二次折射角ZODP:
空氣折射率為H1，玻璃的折射率為n2 ; (6) 得出射線方程表達(dá)式： 通過計(jì)算出第二次折射角Z0DP，由觀察可知，射線DP是直線OD順時(shí)針旋轉(zhuǎn)ZODP所 得，因此
通過校正后，射線Idp的方程表達(dá)式為y=Kdp (X-Dx)+Dy
【文檔編號(hào)】G06T11/00GK104463926SQ201410745763
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】張淑芳, 李 瑞, 張聰, 邱思瑜 申請(qǐng)人:天津大學(xué)