CN111373444A - 一种光学标定的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种光学标定的装置包括一个模拟燃烧(115)的标定靶标(210，415，520，610)。该标定靶标(210，415，520，610)包括第一发光图案(215，521)和产生第一发光图案(215，521)的第一发光机构。该光学标定装置包括两个对准标定靶标(210，415，520，610)的光学相机(105‑108，205‑208，305‑308，405‑408)，其中每个光学相机有一个观测轴，两个观测轴之间成一定角度。
Description
技术领域
本发明涉及光学标定。具体而言，本发明涉及通过构建一种标定靶标，为燃烧、气溶胶喷雾和运动粒子群模型算法配置标定参数的装置和方法。
背景技术
火焰、燃烧和爆炸属于分子氧化过程，其可将化学能转化为其他形式的能量，如光、声、热等。
某些应用中需要用一个数字模型来模拟和描述火焰、燃烧和爆炸的过程。例如，在汽车工业中，工程师可能想要了解汽油如何在发动机气缸内燃烧的过程，其中发动机气缸具有复杂的内部几何形状。
观测火焰、燃烧和爆炸发出的光线可以用于构建火焰等的数字模型。构建这种计算机化的模型的一个重要方面是要有可重复实现的火焰或燃烧靶标，以便对计算机化的模型的参数进行标定。然而，精确地重复实现一个燃烧过程在理论上是很难实现的。缺少可重复性使得定量地表示火焰、燃烧或爆炸变得困难。此外，缺少可重复性使得标定计算机化的模型来预测火焰、燃烧和爆炸变得非常困难，甚至是不可能的。
本发明旨在通过构建一种火焰、气溶胶喷雾和燃烧的标定靶标来解决这一问题，用于数字化模型的光学标定。
发明内容
本发明涉及光学标定。更具体地说，本发明涉及通过构建标定靶标为燃烧、气溶胶喷雾和运动粒子群模型算法配置标定参数的装置和方法。
本发明构建一种用于光学标定的装置，其中包括一个模拟燃烧的靶标。该靶标包括第一发光图案和产生第一发光图案的第一发光机构。该装置还包括两个对准标定靶标的光学相机，其中每个光学相机有一个观测轴，两个观测轴之间成一定角度。
一种用于光学标定的装置包括模拟运动粒子的第一标定靶标。第一标定靶标包括第一发光粒子群，其中每个粒子在第一时刻(T1)有确定的位置，还包括产生第一发光粒子群的第一发光机构。该装置包括两个对准标定靶标的光学相机，其中每个光学相机具有一个观测轴，两个观测轴之间成一定角度。
光学标定的方法包括以下步骤:创建燃烧的第一数字模型，其中第一数字模型包含第一参数；基于第一数字模型构建燃烧的标定靶标；安装至少两台图像采集设备，图像采集设备对准标定靶标；采用至少两台图像采集设备对标定靶标进行观测；基于观测结果，使用算法构建包含第二参数的第二数字模型。
前面已经概述了本发明的特征和技术优势，这使后续对本发明的详细描述将会更加容易理解。本发明的其他特征和优点将在下文加以描述，以构成本发明的权利要求。本领域的专业人员应该认识到，本发明揭示的概念和公开的具体实施例易被用作修改或设计其他结构的基础，以实现与本发明相同的目的。本领域的专业人员还应认识到，这种等效结构并不背离本发明所附权利要求书所述的精神和范围。本发明的创新特点被看作本发明的特征，包括其组织和操作方法，同时在后续的描述中，结合相关图片将更加容易理解本发明的目的和优点。这将变得清楚易懂，然而，每张图片都只是为了更好地说明和描述，而不应该作为本发明定义上的限制。
附图说明
为了更全面地了解本发明的体系和方法，参照以下附图及相关描述。
图1展示了根据本发明的实施例观测燃烧。
图2展示了根据本发明的实施例观测燃烧的标定靶标。
图3展示了根据本发明的实施例观测运动粒子。
图4展示了根据本发明的实施例观测运动粒子的标定靶标。
图5展示了根据本发明的实施例制造标定靶标的一种装置。
图6展示了根据本发明的实施例标定靶标的充能站或激发站。
图7展示了根据本发明的实施例标定燃烧模型和运动粒子模型的方法
具体实施方式
“标定靶标”是为模拟燃烧或燃烧过程而专门设计和制造的物理装置。燃烧包括火焰的传播、运动粒子、喷射粒子等。这些粒子可能包括燃料、乙醇和其他易燃化学分子。“标定靶标”本身不是燃烧或燃烧过程。标定靶标是以光学标定为目的而专门设计的。在一些特定实施例中，对光学标定进一步配置以实现计算机模型的参数标定，其中计算机模型是表征实际燃烧或实际燃烧过程的算法。使用标定靶标的目的之一是为光学标定提供标靶，以提高表征实际燃烧和燃烧过程的精度和准确性。
图1展示了根据本发明的实施例观察燃烧的一个实例100。实例100包括四个不同的光学相机105、106、107、108。实例100还包括燃烧源110和燃烧115。
相机的观测轴定义为相机视野的中心线。如图1所示，该实例包括四个不同的光学相机105、106、107、108。相机108的观测轴与相机105的观测轴成90度夹角。相机105的观测轴与相机106的观测轴成45度夹角。相机107的观测轴与相机105的观测轴成45度夹角。注意，任何两个相机观测轴之间的角度可以在0度到180度之间变化。
四个相机105、106、107、108从不同角度观测燃烧115。每个相机在预设的一个或多个时间段内观测燃烧115的过程。每个相机在燃烧115的过程中采集多个图像或视频。相机采集的图像或视频可以是数字格式或模拟格式，优选数字格式。可以用一种或多种算法对观测到的图像进行分析，以从燃烧115中提取有用的信息。
在一些实施例中，可以采用其它合适的光学和电子传感器代替相机105、106、107、108，例如光导器件、光电器件、光电二极管、光电晶体管等。这些光学和电子传感器也适用于实施例200、实施例300、实施例400和方法700。
在一个实施例中，如果燃烧115是发动机内的燃料燃烧，则有用信息包括燃料喷射时间、喷雾形状、燃料量、点火位置、点火时间、火焰传播、燃料燃烧效率、能量传递效率等。注意，以上所述的有用信息仅是典型举例，本发明并不局限于此范围。
应注意，一般来说，使用更多的相机会获得更准确的观测结果，从观测中提取的信息也会更准确。在一个实施例中，观测装置可以包含两个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含三个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含四个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含五个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含六个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含六个以上的相机。
燃烧源110可以是任何产生燃烧的装置。在一个实施例中，燃烧源110可以是汽车、船只或飞机的发动机。
图2展示了根据本发明的实施例观察燃烧的标定靶标210的一个实例200。实例200包含四个相机205、206、207、208。相机205装有光学滤镜235，相机206装有光学滤镜236，相机207装有光学滤镜237，相机208装有光学滤镜238。在一个实施例中，光学滤镜235、236、237、238可以是允许特定波长的光通过的滤镜，例如蓝光、红光、绿光、黄光、红外线、紫外线等。在另一个实施例中，光学滤镜235、236、237、238可以是限制特定波长的光通过的滤镜，例如蓝光、红光、绿光、黄光、红外线、紫外线等。注意，在本发明的实施例中，可以使用任何适当的光学滤镜。通过选择合适的滤镜，相机可以观测标定靶标210的不同部分。
标定靶标210含有模拟燃烧(如燃烧115)的发光图案。标定靶标210可以产生不同发光强度的发光图案。注意，标定靶标210可包括不同发光强度的发光图案。发光图案可在不同部位有不同的发光强度。
如图2所示，标定靶标210含有第一发光图案215和第二发光图案220，第一发光图案215的发光强度为第一发光强度，第二发光图案220的发光强度为第二发光强度。在一个实施例中，第一发光图案215的发光强度高于第二发光图案220的发光强度。在另一个实施例中，第一发光图案215的发光强度低于第二发光图案220的发光强度。
标定靶标210可包括不同的发光机构。在一个实施例中，标定靶标210中的发光机构可以是荧光的。“荧光”一词的定义是吸收激光或其他激发电磁辐射的物质发出的光。通常，激光的波长比发射的荧光波长短，频率高。例如，在一个实施例中，激光为蓝色(波长较短，频率较高)，发射光为红色(波长较长，频率较低)。如果发光机构是荧光的，一旦激发光停止照射，发射的荧光也在相对较短的时间内停止，通常在几秒钟内。
在一个荧光实施例中，可以使用不同分布浓度的一种荧光物质来创建不同的发光图案215、220。例如，创建一个标定靶标210，其中第一发光图案215比第二发光图案220更亮，第一发光图案215的荧光物质的浓度比第二发光图案220的荧光物质的浓度更高。
在另一个荧光实施例中，多种荧光物质可用于创建不同的发光图案215、220。例如，被紫外线激发后发出红光的荧光物质可以用来制造第一发光图案215。被紫外线激发后发出绿光的荧光物质可用于制造第二发光图案220。分布浓度不同的多种荧光物质可以制造更多种类的发光图案。适当的光学滤镜235、236、237、238可以用来观测特定的发光图案。例如，只允许红光通过的光学滤镜可用于观测第一发光图案215(第一发光图案215含有发出红光的荧光物质)。又例如，只允许绿光通过的光学滤镜可用于观测第二发光图案220(第二发光图案220含有发出绿光的荧光物质)。
在另一个实施例中，所述标定靶标210中的发光机构可以包括磷光。“磷光”一词的定义是一种物质吸收辐射能量后并在随后较长一段时间(通常是几个小时)内发出的光。与荧光相比，磷光发射光线的时间尺度较长，这是由于量子力学中的禁能态跃迁造成的。日常生活中使用的磷光材料包括在黑暗中发光的玩具、贴纸、涂料和时钟刻度盘等，它们在被强光照射后会持续发光一段时间。
在一个磷光实施例中，可以使用不同分布浓度的磷光物质来创建不同的发光图案215、220。例如，创建一个标定靶标210，其中第一发光图案215比第二发光图案220更亮，第一发光图案215所含的磷光物质浓度高于第二发光图案220的磷光物质浓度。
在另一个磷光实施例中，可以使用多种磷光物质来创建不同的发光图案215、220。例如，吸收紫外线并发出红光的磷光物质可以用于制造第一发光图案215，吸收紫外线并发出绿光的磷光物质可以用于制造第二发光图案220。不同分布浓度的多种磷光物质可产生更多种类的发光图案。适当的光学滤镜235、236、237、238可以用来观测特定的发光图案。例如，只允许红光通过的光学滤镜可用于观测第一发光图案215(第一发光图案215含有发出红光的磷光物质)。又例如，只允许绿光通过的光学滤镜可用于观察第二发光图案220(第二发光图案220含有发出绿光的磷光物质)。
在另一个实施例中，标定靶标210中的发光结构可以是一个电驱动光源，如灯泡、发光二极管(LED)、激光二极管、固态光源等。在一个实施例中，可以在标定靶标210内部放置光源(如灯泡)以及调整标定靶标210的表面材料的厚度和粗糙度来制造第一发光图案215和第二发光图案220。
例如，创建一个标定靶标210，其中第一发光图案215的表面材料比第二发光图案220的表面材料的厚度更薄，则第一发光图案215比第二发光图案220更亮。又例如，创建一个标定靶标210，其中第二发光图案220的表面材料比第一发光图案215的表面材料的厚度更厚，则第二发光图案220比第一发光图案215更暗。
在另一个实施例中，可将标定靶标210的发光机构替换为光反射机构。光反射机构是指标定靶标中的图案或粒子被动地反射光而不是主动地发射光。例如，为了将光反射机构与发光机构区别开来，在本发明中，把荧光、磷光和电驱动光源看作发光机构而不是光反射机构。
为简明起见，本段将发光图案215、220看作光反射图案。在一个实施例中，第一光反射图案215可以通过在合适的位置放置适当数量的第一种金属粒子来实现，这种金属粒子具第一反射率。第二光反射图案220可以在合适的位置放置适当数量的第二种金属粒子来实现。例如，如果需要更亮的第一光反射图案215，可以选择光反射率更高的材料，如银(Ag)。如果需要较暗的第二反射光图案220，可以选择光反射率较低的材料，如铜(Cu)。在另一实施例中，可以使用不同浓度的相同材料(如铜或银)，为不同的图案创建不同的光反射强度。上述举例和材料仅是典型举例，并不作为本发明的范围限制。光反射机构和光反射图案的原理也适用于示例400、装置500和方法700。
如图2所示，相机208的观测轴与相机205的观测轴成90度夹角。相机205的观测轴与相机206的观测轴成45度夹角。相机207的观测轴与相机205的观测轴成45度夹角。注意，任何两个相机之间的夹角可以在0度到180度之间变化。
图2中的标定靶标210是预先设计好的。发光图案215、220的参数从数学模型中获取。相机205、206、207、208所采集的实际图像可用于验证和标定燃烧模型115的数学模型参数，使标定后的模型更加精确。
图3展示了一个本发明的观测运动粒子310、311、312的实施例300。实施例300包括四个相机305、306、307、308，实施例300还包括一个光源315。光源发出光线320，运动粒子310、311、312被光线320照亮，由相机305、306、307、308进行观测。
如图3所示，实施例300包括四个不同的光学相机305、306、307、308。相机308的观测轴与相机305的观测轴成90度夹角。相机305的观测轴与相机306的观测轴成45度夹角。相机307的观测轴与相机305的观测轴成45度夹角。注意，任何两个相机之间的夹角可以在0度到180度之间变化。
相机305、306、307、308分别从不同的角度观测运动粒子310、311、312的个体轨迹。每个相机可以在预定的时间内观测运动粒子310、311、312的轨迹。每个相机可以采集运动粒子310、311、312的多个图像或视频。相机采集的图像或视频可以是数字格式或模拟格式，优选数字格式。利用一种或多种算法对观测到的图像进行分析，提取有用信息。
在一个实施例中，运动粒子310、311、312可以是发光的，如荧光或磷光。在另一实施例中，运动粒子310、311、312也可以是不发光的。
在一个实施例中，运动粒子310、311、312是喷入活塞汽缸、燃烧室、管道等的燃料粒子。燃料粒子随后可能被点燃产生燃烧，如燃烧115。相机305、306、307、308从不同的角度观测运动粒子310、311、312的个体运动轨迹和燃烧过程。
在一个实施例中，如果运动粒子310、311、312是燃料粒子，相机305、306、307、308观测到的有用信息到包括燃料喷射的形状、燃料粒子的混合效率、喷油量、点火位置、点火时间、火焰的传播、燃料燃烧效率、能量传递效率等。注意，上述有用信息仅为举例，本发明并不局限于此。
注意，一般来说，使用更多的相机可以产生更准确的观测结果，提取的信息也更加准确。在一个实施例中，观测装置可以包含两个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含三个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含四个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含五个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含六个相机。在一个实施例中，观测装置可以包含六个以上的相机。
还应注意，在一些应用中，运动粒子310、311、312可以是静止的。在这种应用中，运动粒子310、311、312应该被称为静态粒子310、311、312。静态粒子是在观测期间静止不动的粒子。静态粒子可以由不同的机构产生，如低温、掺杂的凝胶或固体材料等。
图4展示了本发明的一个观测运动粒子411、412、413的标定靶标415的实施例400。标定靶标415'包含相同的运动粒子411'、412'、413'，在时间上比标定靶标415滞后一段时间。标定靶标415和415'是两个物理上独立的标定靶标。实施例400包含四个相机405、406、407、408。
实施例400包括两个标定靶标415和415'。标定靶标415包含在T1时刻和确定位置的运动粒子411、412、413。标定靶标415'包含在T2时刻和确定位置的运动粒子411'、412'、413'，其中T2时刻滞后于T1时刻。例如，T1时刻是X毫秒,T2时刻是X+5毫秒，其中X可以是任意数字。注意，类似于实施例400的实施例可以包含表示不同时刻粒子的多个标定靶标。对于标定靶标的数目和标定靶标之间的时间间隔没有限制。一般来说，使用更多的代表不同时刻的标定靶标可以使算法的标定结果更加准确。
相机405安装有光学滤镜435，相机406安装有光学滤镜436，相机407安装有光学滤镜437，相机408安装有光学滤镜438。在一个实施例中，光学滤镜435、436、437、438可以允许特定波长的光通过，如蓝光、红光、绿光、黄光、红外线、紫外线等。在另一个实施例中，光学滤镜435、436、437、438可以限制特定波长的光通过，例如蓝光、红光、绿光、黄光、红外线、紫外线等。选用适当的光学滤镜，相机可以观测标定靶标410的不同部分。
运动粒子411、412、413可以发光。在一个实施例中，运动粒子411、412、413可以是荧光物质。在一个实施例中，运动粒子411、412、413也可以是磷光物质。在另一个实施例中，标定靶标415可以包含电驱动的内部光源(如灯泡，LED灯等)，运动粒子411、412、413的表面材料与周围区域相比更薄，使在运动粒子411、412、413表面通过的光比周围区域更多。
运动粒子411'、412'、413'可以发光。在一个实施例中，运动粒子411'、412'、413'可以是荧光物质。在一个实施例中，运动粒子411'、412'、413'也可以是磷光物质。在另一个实施例中，标定靶标415'可以包含电驱动的内部光源(如灯泡、LED灯等)，运动粒子411'、412'、413'的表面材料与周围区域相比更薄，使在运动粒子411'、412'和413'表面通过的光比周围区域更多。
因为运动粒子411、411'、412、412'、413、413'的位置和对应的时刻是已知的，可以计算得到每个粒子的运动方向、轨迹、运动速度，并用于标定模拟运动粒子310、311、312的算法和计算机模型。
在其他实施例中，仅用一个标定靶标415来模拟静态粒子是合理的，如静态粒子310、311、312。
图5展示了根据本发明的制造标定靶标520的装置500的一个实施例。装置500包括第一供料线505和第一喷射器506。装置500包括第二供料线510和第二喷射器511。在一个实施例中，装置500可以是一台3D打印机。
在一个实施例中，第一供料线505为第一喷射器506提供用发光物质(如荧光、磷光等物质)。第二供料线510为第二喷射器511提供不具有发光能力的物质。每个喷射器506、511可以在空间内自由移动，以适当的浓度将物质喷到适当的位置。注意，对于装置500所具有的供料线和喷射器的数目没有限制。
在一个实施例中，第一发光图案521具有第一发光强度，第二发光图案522具有比第一发光强度更亮的第二发光强度，第三发光图案523具有比第二发光强度更亮的第三发光强度。如此，第二发光图案522所含的发光物质浓度高于第一发光图案521；第三发光图案523所含的发光物质浓度高于第二发光图案522。
在一个实施例中，标定靶标520包含内部光源，如灯泡、发光二极管、激光二极管、固态光源等。在一个实施例中，可以通过使表面材料具有不同的厚度和粗糙度来制造第一发光图案521、第二发光图案522和第三发光图案523，其中较亮的发光图案的表面材料更薄。在这样的实施例中，只用一个喷射器506或511使用一种物质即可制造标定靶标520。
图6展示了本发明的标定靶标610的一个充能站或激发站600的一个实施例。
在一个实施例中，当标定靶标610中的发光物质是磷光物质，站600是充能站。站600含有光源605，光源605可以发射充能光线(如紫外线)以对标定标靶610中含有的磷光物质的进行能量补充。在标定靶标610使用一段时间后，存储在磷光物质中的能量被耗尽使其所发射光的强度减小。站600可用于对磷光物质的能量进行补充，重新恢复标定靶标610中的磷光物质所发射光的强度。
在一个实施例中，当标定靶标610中的发光物质是荧光物质时，站600是激发站。站600含有光源605，光源605可以发射光线(如紫外线)以激发标定靶标610中的荧光物质。站600可以用于激发标定靶标610。实施例200和实施例400可以同时使用站600。当实施例200和实施例400同时使用站600时，可以使用合适的滤镜235、236、237、238、435、436、437、438滤除背景紫外线，并用相机205、206、207、208、405、406、407、408捕获从标定靶标610的靶标区域发出的光。
图7展示了标定燃烧的方法700和本发明的一个实施例中的运动粒子模型。方法700开始于步骤702。
方法700进行到步骤704。步骤704包括创建火焰(1)或者运动粒子群(2)的第一数字模型。在一个实施例中，第一数字模型是根据已知的光学标定参数设计出来的，参数包括燃料喷射时间、燃料喷雾形状、燃料喷射量、点火位置、点火时间、火焰传播、燃料燃烧效率、能量传递效率、燃料粒子混合效率、燃烧化学、燃料燃烧效率等。
方法700进行到步骤706。步骤706包括基于火焰(1)或者运动粒子群的第一数字模型(2)创建至少一个标定靶标。在对运动粒子群进行建模的情况下，最好创建至少两个代表不同时刻的标定靶标。
方法700进行到步骤708。步骤708包含至少两台图像采集设备，图像采集设备对准标定靶标，每两台图像采集设备之间成一定的夹角。在一个实施例中，图像采集设备是相机。在一个实施例中，相机包含光学滤镜。
方法700进行到步骤710。步骤710包括利用图像采集设备对标定靶标进行观测。在一个实施例中，观测的方法是采集标定靶标的图像或视频。
方法700进行到步骤712。步骤712包括基于测量结果(通过图像采集设备获得)使用一个含参算法构建第二数字模型。这些参数包括燃料喷射时间、燃料喷雾形状、燃料喷射量，点火位置、点火时间、火焰传播、燃料燃烧效率、能量传递效率、燃料粒子混合效率、燃料燃烧效率等。
方法进行到步骤714。步骤714包括比较第一数字模型和第二数字模型。在一个实施例中，步骤714包括比较第一数字和第二个数学数字模型的参数。
方法700进行到步骤716。步骤716包括确定第一数字模型和第二数字模型的差值是否小于阈值。在一个实施例中，步骤716包括比较第一数字模型和第二数字模型中对应的参数。在一个实施例中，阈值是预先设定的容许误差。在一个实施例中，步骤716包括确定第一数字模型和第二个数字模型的参数的差异。
如果步骤716的判定是“YES”，方法700进行到步骤718。这意味着第一个数字模型和第二个数字模型的参数之间的差异在可接受的范围内，标定过程完成。
如果步骤720的判定是“NO”，方法700进行到步骤720。步骤720包括调整算法的参数。在一个实施例中，应调整算法的参数使得第二数字模型尽可能地接近第一数字模型。
方法700进行到步骤722。步骤722通过返回步骤710来重复标定过程。
虽然已经详细描述了本发明及其优点，但是应该认识到，在不脱离本发明所附权利要求书限定的精神和范围的前提下，本发明可以进行各种更改、替换和变更。此外，当前的应用范围不局限于详细说明中的实施例所述的过程、设备、制造方法、物质组成、手段、方法和步骤。因为一般专业人员从本发明的公开文件、设备、制造方法、物质组成、手段、方法和步骤中可以很容易地获得其中的方法，现在存在或将要开发的、与本发明以及其中的实施例具有相近功能或相近结果的一些方法或装置将会被使用。因此，所附的权利要求旨在将这些过程、设备、制造方法、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。
发明特征
1.一种用于光学标定的装置，包括一个模拟燃烧的标定靶标，标定靶标还包括第一发光图案；产生第一发光图案的第一发光机构；两个对准标定靶标的光学相机，其中每个光学相机都有一个观测轴，两个观测轴成一定角度。
2.特征1中的装置，其中发光机构是荧光的。
3.特征1-2中的装置，其中发光机构是磷光的。
4.特征1-3中的装置，其中发光机构是放置在标定靶标内部的电驱动光源。
5.特征1-4中的装置，其中标定靶标包括第二发光图案；还包括产生第二发光图案的第二发光机构。
6.特征1-5中的装置，其中两个光学相机中至少一个光学相机安装有光学滤镜。
7.一种用于光学标定的装置，包括模拟运动粒子的第一标定靶标，第一标定靶标还包括第一发光粒子群，其中每个粒子在第一时刻(T1)具有确定位置；包括激发第一发光粒子群的第一发光机构；还包括两个对准标定靶标的光学相机，每个光学相机都有一个观测轴，两个观测轴之间呈一定角度。
8.特征7中的装置，其中第一发光机构是荧光的。
9.特征7-8中的装置，其中第一发光机构是磷光的。
10.特征7-9中的装置，其中第一发光机构是放置在第一标定靶标内部的电驱动光源。
11.特征7-10中的装置，包括模拟运动粒子的第二标定靶标，第二标定靶标包含第二发光粒子群，其中每个粒子在第二时刻(T2)都有确定位置，T2时刻滞后于T1时刻；还包括激发第二发光粒子群的第二发光机构。
12.特征7-11中的装置，其中两个光学相机中至少一个光学相机安装有一个光学滤镜。
13.一种用于光学标定的方法，包括创建燃烧的第一数字模型，其中第一数字模型包含第一参数；基于第一数字模型创建标定靶标；安装至少两台对准标定靶标的图像采集设备；使用至少两台图像采集设备对标定靶标进行观测；基于观测结果使用算法构建第二数字模型，其中第二数字模型包含第二参数。
14.特征13中的方法，包括比较第一参数和第二参数，并确定第一参数与第二参数之间的差异是否小于阈值。
15.特征13-14中的方法，如果第一参数与第二参数之差异不小于阈值，则调整第二参数。
16.特征13-15中的方法，其中第一参数为以下参数中的一个：燃料喷射时间、喷油形状、喷油量、点火位置、点火时间、火焰传播、燃料燃烧效率、能量传递效率、燃料粒子混合效率和燃烧化学。
17.特征13-16中的方法，其中标定靶标包括第一发光图案；还包括产生第一发光图案的第一发光机构。
18.特征13-17中的方法，其中第一发光机构选自以下其中一种：荧光、磷光和电驱动光源。
19.特征13-18中的方法，其中标定靶标包括第二发光图案；还包括产生第二发光图案的第二发光机构。
20.特征13-19中的方法，其中图像采集设备是相机。
Claims (20)
1.一种用于光学标定的装置，包括模拟燃烧的标定靶标，标定靶标包括第一发光图案；产生第一发光图案的第一发光机构；两个对准标定靶标的光学相机，其中每个光学相机都有一个观测轴，两个观测轴之间成一定角度。
2.权力要求1所述的装置，其中发光机构是荧光的。
3.权力要求1所述的装置，其中发光机构是磷光的。
4.权力要求1所述的装置，其中发光机构是放置在标定靶标内部的电驱动光源。
5.权力要求1所述的装置，其中标定靶标包括第二发图案；产生第二发光图案的第二发光机构。
6.权力要求1所述的装置，其中两个光学相机中至少一个光学相机安装有光学滤镜。
7.一种用于光学标定的装置，包括模拟运动粒子的第一标定靶标，第一标定靶标还包括第一发光粒子群，其中每个粒子在第一时刻(T1)处于某个位置；产生第一发光粒子群的第一发光机构；两个对准标定靶标的光学相机，其中每个光学相机具有一个观测轴，两个观测轴之间呈一定角度。
8.要求7所述的装置，其中第一发光机构是荧光的。
9.要求7所述的装置，其中第一发光机构是磷光的。
10.要求7所述的装置，其中第一发光机构是放置在第一标定靶标内部的电驱动光源。
11.要求7所述的装置，还包括模拟运动粒子的第二标定靶标，第二标定靶标包括第二发光粒子群，其中每个粒子在T2时刻处于某个位置，T2时刻在T1时刻之后；产生第二发光粒子群的第二发光机构。
12.权力要求7所述的装置，其中两个光学相机中至少有一个光学相机安装有光学滤镜。
13.一种光学标定的方法，包括创建燃烧的第一数字模型，其中第一数字模型含有第一参数；基于第一数字模型创建燃烧的标定靶标；安装至少两个对准标定靶标的图像采集设备；使用至少两个图像采集设备对标定靶标进行观测；根据观测结果使用算法构建燃烧的第二数字模型，其中第二数字模型含有第二参数。
14.权力要求13所述的方法，包括比较第一参数和第二参数，确定第一参数与第二参数之间的差异是否小于阈值。
15.权力要求14所述的方法，如果第一参数与第二参数之差不小于阈值，则调整第二参数。
16.权力要求13所述的方法，其中第一参数为以下参数中的一个：燃料喷射时间、喷油形状、喷油量、点火位置、点火时间、火焰传播、燃料燃烧效率、能量传递效率、燃料粒子混合效率和燃烧化学。
17.权力要求13所述的方法，其中标定靶标包括第一发光图案；产生第一发光图案的第一发光机构。
18.权力要求17所述的方法，其中第一发光机构选自以下其中一种：荧光，磷光和电驱动光源。
19.权力要求17所述的方法，其中标定靶标包括第二发光图案；产生第二发光图案的第二发光机构。
20.权力要求13所述的方法，其中图像采集设备是相机。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561290A (en) * | 1995-06-09 | 1996-10-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Optical detector calibrator system |
| US20130183645A1 (en) * | 2008-08-21 | 2013-07-18 | Matthew Wayne WALLACE | Analyzing external data using a virtual reality welding system |
| US8602610B1 (en) * | 2006-08-24 | 2013-12-10 | Mark A. Lauer | Artificial candles with realistic flames |
| CN103958004A (zh) * | 2013-07-16 | 2014-07-30 | 北京机械设备研究所 | 适用于高层和超高层建筑火灾扑救的消防车 |
| CN106062856A (zh) * | 2014-02-28 | 2016-10-26 | 林肯环球股份有限公司 | 便携式虚拟焊接系统 |
| CN106662501A (zh) * | 2014-04-30 | 2017-05-10 | Avl 里斯脱有限公司 | 用于分析车辆的能效的系统和方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9280913B2 (en) * | 2009-07-10 | 2016-03-08 | Lincoln Global, Inc. | Systems and methods providing enhanced education and training in a virtual reality environment |
| CN101561939B (zh) * | 2009-05-27 | 2011-05-04 | 天津大学 | 基于物理的物体交互式燃烧模拟方法 |
| US8391565B2 (en) * | 2010-05-24 | 2013-03-05 | Board Of Trustees Of The University Of Arkansas | System and method of determining nitrogen levels from a digital image |
| KR20120007892A (ko) * | 2010-07-15 | 2012-01-25 | 삼성전자주식회사 | 영상 처리 방법 및 장치와 이를 채용한 의료영상시스템 |
| US9599561B2 (en) * | 2011-10-13 | 2017-03-21 | Affymetrix, Inc. | Methods, systems and apparatuses for testing and calibrating fluorescent scanners |
| US9100572B2 (en) * | 2013-05-24 | 2015-08-04 | Xerox Corporation | Methods and systems for confidence-based image processing |
| US9196032B1 (en) * | 2014-06-04 | 2015-11-24 | Honeywell International Inc. | Equipment and method for three-dimensional radiance and gas species field estimation |
| US9928595B2 (en) * | 2016-02-01 | 2018-03-27 | Canon Kabushiki Kaisha | Devices, systems, and methods for high-resolution multi-view camera calibration |
| CN106908248A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-30 | 哈尔滨工程大学 | 自识别单双韦伯燃烧规则经验参数自动校准方法 |
-
2017
- 2017-09-06 US US15/696,791 patent/US10375318B2/en active Active
-
2018
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5561290A (en) * | 1995-06-09 | 1996-10-01 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Optical detector calibrator system |
| US8602610B1 (en) * | 2006-08-24 | 2013-12-10 | Mark A. Lauer | Artificial candles with realistic flames |
| US20130183645A1 (en) * | 2008-08-21 | 2013-07-18 | Matthew Wayne WALLACE | Analyzing external data using a virtual reality welding system |
| CN103958004A (zh) * | 2013-07-16 | 2014-07-30 | 北京机械设备研究所 | 适用于高层和超高层建筑火灾扑救的消防车 |
| CN106062856A (zh) * | 2014-02-28 | 2016-10-26 | 林肯环球股份有限公司 | 便携式虚拟焊接系统 |
| CN106662501A (zh) * | 2014-04-30 | 2017-05-10 | Avl 里斯脱有限公司 | 用于分析车辆的能效的系统和方法 |
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| Publication number | Publication date |
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