CN112229522A - 一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法及系统，该方法包括：将所观测的喷雾火焰安置在相机组件与背景光源之间，相机组件包括第一相机与第二相机，且所观测的喷雾火焰与背景光源产生的背景光在第一相机与第二相机的视场内重叠；在第一相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过火焰光的第一滤光片；在第二相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过背景光的第二滤光片；通过同步触发第一相机与第二相机，进而获得相同时刻喷雾与火焰信息。本发明不仅实验装置更加简单，对设备的要求更低，且能可靠地实现燃烧条件下高时空分辨率的喷雾与火焰同步观测，更加有利于研究燃烧的瞬态过程。

Description

一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法及系统
技术领域
本发明涉及光学观测技术领域，具体是一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法及系统。
背景技术
同时观测喷雾与火焰有助于分析液体燃料喷雾燃烧过程，揭示喷雾燃烧机理。这对于研究燃烧的瞬态过程尤其重要。比如内燃机中燃油的脉冲喷注燃烧过程，火箭发动机连续变工况过程，以及燃气轮机、火箭发动机中的不稳定燃烧过程的研究。
目前对喷雾分布的观察主要采用三种方法，包括背景光成像，纹影，以及激光散射方法。火焰观测主要采用高速摄影、自发辐射、平面激光诱导荧光等方法。采用两个相机分别对喷雾和火焰进行同步观测是可能的实现方式。但是两个相机同步观测喷雾燃烧过程中的喷雾和火焰面临着火焰与喷雾信号强弱差距大，并且两者信号混合在一起不易分离的困难。同时，为了同时获得瞬时的喷雾和火焰图像，两个相机之间的同步十分重要。除此之外，为了获得相同的拍摄视角就还需要采用分光镜等辅助光路。总而言之，双相机组合方法成像系统复杂，对设备的要求很高。目前还未见同步获得喷雾与火焰信息的双相机方案报道。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法及系统，其实验装置简单，对设备的要求低，且能有效可靠地实现燃烧条件下高时空分辨率的喷雾与火焰同步观测，有利于研究燃烧的瞬态过程。
为实现上述目的，本发明提供一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法，包括如下步骤：
将所观测的喷雾火焰安置在相机组件与背景光源之间，其中，相机组件包括第一相机与第二相机，且所观测的喷雾火焰产生的喷雾火焰与背景光源产生的背景光在第一相机与第二相机的视场内重叠；
在第一相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过火焰光的第一滤光片；在第二相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过背景光的第二滤光片；
通过第一相机获得第一图像，并基于第一图像得到火焰信息；通过第二相机获得第二图像，并基于第二图像得到喷雾信息。
在其中一个实施例中，所述第一滤光片为所观测火焰的主要波长±10nm内的带通滤光片。
在其中一个实施例中，所述背景光源发出的背景光波长与火焰光波长差的绝对值不小于50nm。
在其中一个实施例中，所述第二滤光片为仅能通过背景光波长范围内光线的带通滤光片。
为实现上述目的，本发明还提供一种基于双相机的喷雾火焰同步观测系统，包括：
第一相机，用于获取仅含火焰信息的第一图像；
第二相机，用于获取仅含喷雾信息的第二图像；
背景光源，用于产生背景光，位于第一相机、第二相机的视场内；
所观测的喷雾火焰位于背景光源与相机组件之间，同时位于第一相机、第二相机的视场内，且喷雾火焰与背景光源产生的背景光在第一相机与第二相机的视场内重叠；
控制模块，与第一相机、第二相机通信相连，用于触发第一相机和第二相机同时成像。
相较于现有技术，本发明提供的一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法及系统的实验装置更加简单，对设备的要求更低，且能有效可靠地实现燃烧条件下高时空分辨率的喷雾与火焰同步观测，更加有利于研究燃烧的瞬态过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中基于双相机的喷雾火焰同步观测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中基于双相机的喷雾火焰同步观测系统的结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示为本实施例公开的一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法，包括如下步骤：
首先将所观测的喷雾火焰安置在相机组件与背景光源之间，其中，所观测的喷雾火焰由喷雾火焰发生装置产生，相机组件包括第一相机与第二相机，且所观测的喷雾火焰产生的喷雾火焰与背景光源产生的背景光在第一相机与第二相机的视场内重叠；其中，背景光源为波长532nm的平面背景光源。
在第一相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过背景光的第一滤光片；在第二相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过火焰光的第二滤光片；
通过第一相机获得第一图像，并基于第一图像得到喷雾信息；通过第二相机获得第二图像，并基于第二图像得到火焰信息。
作为优选的实施方式，背景光源发出的背景光波长与火焰光波长差的绝对值不小于50nm，本实施例中的背景光源为波长532nm的平面背景光源，背景光波长为532nm，因此第二滤光片为532nm带通滤光片，背景光的波长为431nm。
作为优选的实施方式，第一滤光片为所观测火焰的主要波长±10nm内的带通滤光片，即本实施例中的第一滤光片为431±10nm的带通滤光片，其中，优选为431nm。
火焰信息的获取主要通过第一相机、第一滤光片、背景光源实现。第一滤光片为仅允许关注的火焰波长光线通过的带通滤光片。火焰发出的光同时经过第一滤光片进入第一相机形成包含火焰强度信息的图像。第一滤光片仅仅允许所关注的火焰波长光通过从而可以过滤来自背景光发出的光的干扰，得到“纯粹”的火焰信息。
本实施例中，喷雾信息的获取主要通过第二相机、第二滤光片、背景光源实现。其中背景光源发出的光线波长与关注的火焰自发辐射波长不同，第二滤光片为仅允许背景光波长光线通过的带通滤光片。背景光源正对着第二相机，待测的喷雾火焰介于背景光源与第二相机之间。背景光源发出的光被喷雾部分遮挡最终经过滤光片后进入相机形成包含喷雾信息的阴影图像。第二滤光片仅仅允许背景光通过从而可以过滤来自火焰发出的光的干扰，得到“纯粹”的喷雾信息。
如图2所示为本实施例公开的一种基于双相机的喷雾火焰同步观测系统，包括第一相机、第二相机、背景光源、第一滤光片与第二滤光片，其中，背景光源为波长532nm的平面背景光源，第一滤光片为431nm带通滤光片，第二滤光片为532nm带通滤光片。其中具体的：
第一相机用于获取仅含火焰信息的第一图像；
第二相机用于获取仅含喷雾信息的第二图像；
背景光源用于产生背景光，且背景光源位于第一相机、第二相机的视场内；
所观测的喷雾火焰位于背景光源与相机组件之间，同时位于第一相机、第二相机的视场内，且喷雾火焰与背景光源产生的背景光在第一相机与第二相机的视场内重叠；
控制模块，与相机组件通信相连，用于触发第一相机和第二相机同时成像。
第一滤光片位于第一相机的镜头与所观测的喷雾火焰之间，用于过滤除火焰光以外的其他所有光，使得第一相机所拍摄第一图像中仅有火焰产生的图像特征，以用于完成火焰观测；
第二滤光片位于第二相机的镜头与所观测的喷雾火焰之间，用于过滤除背景光以外的其他所有光，使得第二相机所拍摄第二图像中仅有喷雾产生的投影特征，以用于完成喷雾观测；
控制模块，与第一相机、第二相机通信相连，用于触发第一相机和第二相机同时成像。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于双相机的喷雾火焰同步观测方法，其特征在于，包括如下步骤：
将所观测的喷雾火焰安置在相机组件与背景光源之间，其中，相机组件包括第一相机与第二相机，且所观测的喷雾火焰产生的喷雾火焰与背景光源产生的背景光在第一相机与第二相机的视场内重叠；
在第一相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过火焰光的第一滤光片；在第二相机与所观测的喷雾火焰之间安置仅能通过背景光的第二滤光片；
通过第一相机获得第一图像，并基于第一图像得到火焰信息；通过第二相机获得第二图像，并基于第二图像得到喷雾信息。
2.根据权利要求1所述基于双相机的喷雾火焰同步观测方法，其特征在于，所述第一滤光片为所观测火焰的主要波长±10nm内的带通滤光片。
3.根据权利要求1所述基于双相机的喷雾火焰同步观测方法，其特征在于，所述背景光源发出的背景光波长与火焰光波长差的绝对值不小于50nm。
4.根据权利要求1所述基于双相机的喷雾火焰同步观测方法，其特征在于，所述第二滤光片为仅能通过背景光波长范围内光线的带通滤光片。
5.一种基于双相机的喷雾火焰同步观测系统，其特征在于，包括：
第一相机，用于获取仅含火焰信息的第一图像；
第二相机，用于获取仅含喷雾信息的第二图像；
背景光源，用于产生背景光，位于第一相机、第二相机的视场内；
所观测的喷雾火焰位于背景光源与相机组件之间，同时位于第一相机、第二相机的视场内，且喷雾火焰与背景光源产生的背景光在第一相机与第二相机的视场内重叠；
控制模块，与第一相机、第二相机通信相连，用于触发第一相机和第二相机同时成像。
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