CN104408703A - 风洞动态试验片光流动显示系统及其图像相位平均方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种风洞动态试验片光流动显示系统及其图像相位平均方法。在原有的系统上还包括动态运动系统、同步控制系统和高帧频外触发相机，同步控制系统分别与动态运动系统、高帧频外触发相机电信号连接，高帧频外触发相机安装在动态运动系统的运动端，并且和飞行器模型一起运动；同步控制系统能够实时获取飞行器模型相位，所获得的图像与飞行器模型运动相位一一对应。方法包括：采集连续的不同周期、同一相位的多帧片光流动显示图像；图像灰度值数字化处理；按照不同周期、同一相位的多帧图像中的对应位置进行灰度值平均；按照平均后的灰度值结果和位置反显示为图像，即相位平均的图像，本系统结果精准度更高，且能够消除背景噪声的影响。

Description

风洞动态试验片光流动显示系统及其图像相位平均方法

技术领域

本发明涉及一种风洞动态试验片光流动显示系统及其图像相位平均方法。

背景技术

传统片光流动显示系统如附图1所示，包括风洞、飞行器模型、激光片光系统、示踪粒子产生与投放系统、照相机；片光流动显示方法为在风洞中投放示踪粒子，用激光片光系统照亮飞行器模型待测量区域，用照相机以单帧形式记录待测区域的流动图像。该方法仅能进行定常流场的流动显示，不能适用于动态试验等非定常流场的流动显示。而且，在大幅度俯仰或滚转中，由于非定常流动，在不同周期、相同相位角即相同姿态角、运动方向时，流场特征不一样，尤其在俯仰下程和滚转背风侧，因此单纯用单个周期的流动很难描述该状态下的流动；同时，流动显示图像因背景噪声而存在差异。

发明内容

基于以上不足之处，本发明公开一种风洞动态试验片光流动显示系统，包括飞行器模型(2)、激光片光系统(3)和示踪粒子产生与投放系统(4)，激光片光系统(3)照射风洞流场中的飞行器模型(2)待测量区域，并在该区域内用示踪粒子产生与投放系统(4)布撒粒子，本系统特点在于还包括动态运动系统(6)、同步控制系统(7)和高帧频外触发相机(8)，同步控制系统(7)分别与动态运动系统(6)、高帧频外触发相机(8)电信号连接，飞行器模型(2)安装在动态运动系统(6)的运动端，高帧频外触发相机(8)也安装在动态运动系统(6)的运动端，并且和飞行器模型一起运动，能够保证飞行器模型(2)运动过程中获得的图像与飞行器模型的相对位置稳定、且图像质量清晰；同步控制系统(7)能够实时获取飞行器模型(2)相位，并按照预先设定的位置启动高帧频外触发相机(8)进行外触发采集，所获得的图像与飞行器模型(2)运动相位一一对应。

如上所述的动态运动系统(6)为俯仰-滚转双自由度运动系统。

本发明的另外一个目的是采用如上所述的一种风洞动态试验片光流动显示系统得出的一种风洞动态试验片光流动显示图像相位平均方法，步骤如下：

步骤一：采集连续的不同周期、同一相位的多帧片光流动飞行器模型显示图像；

步骤二：图像灰度值数字化处理；

步骤三：按照不同周期、同一相位的多帧图像中的对应位置进行灰度值算术平均；

步骤四：按照平均后的灰度值结果和位置，反显示为图像，即相位平均的图像。

本发明能够实时获取含相位信息的高清晰度动态试验片光流动显示图像。

附图说明

图1为片光流动显示系统；

图2为风洞动态试验片光流动显示系统；

图3为相位平均前后的图像；

1、风洞；2、飞行器模型；3、激光片光系统；4、示踪粒子产生与投放系统；5、照相机；6、动态运动系统；7、同步控制系统；9、高帧频外触发相机。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：

实施例1

如图2所示，一种风洞动态试验片光流动显示系统，包括飞行器模型2、激光片光系统3和示踪粒子产生与投放系统4，激光片光系统3照射风洞流场中的飞行器模型2待测量区域，并在该区域内用示踪粒子产生与投放系统4布撒粒子，本发明特点在于还包括动态运动系统6、同步控制系统7和高帧频外触发相机8，同步控制系统7分别与动态运动系统6、高帧频外触发相机8电信号连接，动态运动系统6为俯仰-滚转双自由度运动系统，飞行器模型2安装在动态运动系统6的运动端，高帧频外触发相机8也安装在飞行器模型及动态运动系统6的运动端，并且和飞行器模型2一起运动，能够保证飞行器模型2运动过程中获得的图像与飞行器模型2的相对位置稳定、且图像质量清晰，与传统片光流动显示系统的不同点在于，传统片光流动显示系统的相机与飞行器模型分离，在模型角度变化过程中流动显示图像与模型的相对位置不固定；本发明的核心点在于：采用高帧频外触发相机8替代传统相机，且安装在动态试验系统的末端与模型一起运动；同步控制系统7能够实时获取飞行器模型相位，并按照预先设定的位置启动高帧频外触发相机8进行外触发采集，所获得的图像与飞行器模型运动相位一一对应；与传统片光流动显示系统的不同点在于，传统片光流动显示系统并不具备外触发的功能，因此不能获得模型运动相位与图像的对应关系。

实施例2

图像相位平均方法实现的步骤为：

步骤一：采用风洞动态试验片光流动显示系统，外触发采集连续的不同周期、同一相位的多帧片光流动显示图像；

步骤二：图像灰度值数字化处理，采用常规图像处理软件即可实现；

步骤三：按照不同周期、同一相位的多帧图像中的对应位置进行灰度值算术平均；

步骤四：按照平均后的灰度值结果和位置，反显示为图像，采用常规图像处理软件即可实现。

如图3所示，给出了相位平均前后的图像对比，由附图可以看出：平均前不同周期涡核位置差别很大，例如在实际物理空间里左侧前缘涡涡核位置最大相差5mm，平均后噪声信号大大减弱、流动图像更加清晰，涡核位置更加准确的显示了该状态下的真实流场。

本发明的有益效果是：本系统用于准确获取固定相位的片光流动显示图像；与传统的在非定常试验中用单帧图像代表该状态的流动结果相比，相位平均方法能够对不同周期、相同相位的多帧片光流动显示图像进行平均，能够消除背景噪声的影响，获得高精准度的片光流动显示图像。

Claims (3)

1.一种风洞动态试验片光流动显示系统，包括飞行器模型(2)、激光片光系统(3)和示踪粒子产生与投放系统(4)，激光片光系统(3)照射风洞流场中的飞行器模型(2)待测量区域，并在该区域内用示踪粒子产生与投放系统(4)布撒粒子，其特征在于：还包括动态运动系统(6)、同步控制系统(7)和高帧频外触发相机(8)，同步控制系统(7)分别与动态运动系统(6)、高帧频外触发相机(8)电信号连接，飞行器模型(2)安装在动态运动系统(6)的运动端，高帧频外触发相机(8)也安装在动态运动系统(6)的运动端，并且和飞行器模型一起运动，能够保证飞行器模型(2)运动过程中获得的图像与飞行器模型(2)的相对位置稳定、且图像质量清晰；同步控制系统(7)能够实时获取飞行器模型(2)相位，并按照预先设定的位置启动高帧频外触发相机(8)进行外触发采集，所获得的图像与飞行器模型(2)运动相位一一对应。

2.根据权利要求1所述的一种风洞动态试验片光流动显示系统，其特征在于：所述的动态运动系统(6)为俯仰-滚转双自由度运动系统。

3.采用如权利要求1或2所述的一种风洞动态试验片光流动显示系统得出的一种风洞动态试验片光流动显示图像相位平均方法，其特征在于：

步骤一：采集连续的不同周期、同一相位的多帧片光流动显示图像；

步骤二：图像灰度值数字化处理；

步骤三：按照不同周期、同一相位的多帧图像中的对应位置进行灰度值算术平均；

步骤四：按照平均后的灰度值结果和位置，反显示为图像，即相位平均的图像。