CN113552125B - 一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置及方法，其中，该装置包括：高温风洞考核舱，用于对被测试件进行高温风洞考核；第一多光谱相机及第二多光谱相机，用于采集被测试件表面的多个波段的图像；激光器，用于向被测试件发射激光，并在被测试件表面形成激光点云；处理设备，用于根据第一多光谱相机及第二多光谱相机在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定被测试件表面的烧蚀速率。通过本公开，可以在散斑退化或无散斑等情况下，确定被测试件表面的烧蚀速率，从而对被测试件在高温风洞环境下的力学、热学等性能进行有效评估。
Description
技术领域
本公开涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置及方法。
背景技术
在航空航天等领域，关键结构部件(例如，飞行器的发动机涡轮叶片、鼻锥和前缘等)在服役条件下需面临高温复杂环境。高温风洞考核是模拟飞行器等在服役环境中的有效手段，通过在高温环境下对被测试件进行测试，能有效评估被测试件的力学、热学等性能，为飞行器结构设计、热防护材料设计提供重要参考。
然而，在高温风洞考核过程中，被测试件表面的温度往往达到2000℃以上，甚至到3000℃，被测试件表面纹理或散斑极易发生减弱或消退的现象；此外，对于某些特殊材料或结构的被测试件，受其测试要求及测试指标所限，无法对被测试件表面进行加工处理以得到散斑，而仅能将被测试件表面本身纹理作为散斑；上述出现的散斑退化或无散斑等情况，会影响所测量的被测试件的烧蚀速率(或基于数字图像相关法所计算的变形场)等等信息，从而无法对被测试件的力学、热学等性能进行有效评估。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置及方法。
根据本公开的一方面，提供了一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置，包括：高温风洞考核舱、第一多光谱相机、第二多光谱相机、激光器、处理设备；其中，所述高温风洞考核舱的封闭空间内固定有被测试件，所述高温风洞考核舱上开设有观察窗；所述高温风洞考核舱用于对所述被测试件进行高温风洞考核；所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机，用于通过所述观察窗采集所述被测试件表面的多个波段的图像；所述激光器，用于向所述被测试件发射激光，并在所述被测试件表面形成激光点云；所述处理设备，用于根据所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机在第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻所述激光点云的空间位置，并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
在一种可能的实现方式中，所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机均配置有双带通滤波器。
在一种可能的实现方式中，所述双带通滤波器包括带通滤波器及带阻滤波器，所述带阻滤波器的阻带范围在所述带通滤波器的通带范围之内。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机在第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻所述激光点云的位置，包括：根据所述第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，及所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机的标定参数，基于双目立体视觉确定第一激光点云在第一时刻的空间位置。
在一种可能的实现方式中，所述根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率，包括：根据所述第一激光点云在第一时刻的空间位置，确定所述第一激光点云的法向量；确定所述第一激光点云的法向量与第二时刻被测试件表面的交点的空间位置；其中，所述第二时刻被测试件表面由多个激光点云在第二时刻的空间位置确定；根据所述交点的空间位置、所述第一激光点云在第一时刻的空间位置、所述第一时刻及所述第二时刻，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：温度测量设备，用于测量所述被测试件表面的单点温度；所述处理设备还用于，根据所述单点温度、所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机所采集的所述被测试件表面的第二波段的图像与第三波段的图像，确定所述被测试件表面的温度场。
根据本公开的另一方面，提供了一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试方法，所述方法包括：
控制第一多光谱相机及第二多光谱相机，通过高温风洞考核舱上开设的观察窗采集被测试件表面的多个波段的图像；
根据在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，其中，所述激光点云，由激光器向所述被测试件发射的激光，在所述被测试件表面形成；
根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
在一种可能的实现方式中，所述根据在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，包括：根据所述第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，及所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机的标定参数，基于双目立体视觉确定第一激光点云在第一时刻的空间位置。
在一种可能的实现方式中，所述根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率，包括：
根据所述第一激光点云在第一时刻的空间位置，确定所述第一激光点云的法向量；
确定所述第一激光点云的法向量与第二时刻被测试件表面的交点的空间位置；其中，所述第二时刻被测试件表面由多个激光点云在第二时刻的空间位置确定；
根据所述交点的空间位置、所述第一激光点云在第一时刻的空间位置、所述第一时刻及所述第二时刻，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
根据本公开的另一方面，提供了一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置，包括：处理器；用于存储处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为在执行所述存储器存储的可执行上述方法。
根据本公开的另一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述方法。
本公开实施例中，通过第一多光谱相机及第二多光谱相机，采集被测试件表面的多个波段的图像；通过激光器向被测试件发射激光，并在被测试件表面形成激光点云；从而根据第一多光谱相机及第二多光谱相机在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定被测试件表面的烧蚀速率。其中，被测试件表面的烧蚀速率可以反映被测试件在高温风洞环境下的性能，这样，可以在散斑退化或无散斑等情况下，确定被测试件表面的烧蚀速率，从而对被测试件在高温风洞环境下的力学、热学等性能进行有效评估。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置的结构图。
图2示出根据本公开一实施例的一种形成激光点云的示意图。
图3示出根据本公开一实施例的一种双带通滤波器的结构示意图。
图4示出根据本公开一实施例的一种组合带通滤波器及带阻滤波器的示意图。
图5示出根据本公开一实施例的一种双目立体视觉确定激光点云空间位置的示意图。
图6示出根据本公开一实施例的一种根据激光点云确定被测试件表面形态的示意图。
图7示出根据本公开一实施例的一种计算烧蚀速率的示意图。
图8示出根据本公开一实施例的一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装方法的流程。
图9示出根据本公开一实施例的一种用于高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试的装置的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施例的一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置的结构图；如图1所示，该装置可以包括：高温风洞考核舱101、第一多光谱相机102、第二多光谱相机103、激光器104、处理设备105；其中，所述高温风洞考核舱101的封闭空间内固定有被测试件106，所述高温风洞考核舱101上开设有观察窗107；所述高温风洞考核舱101用于对所述被测试件106进行高温风洞考核；所述第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103，用于通过所述观察窗107采集所述被测试件106表面的多个波段的图像；所述激光器104，用于向所述被测试件106发射激光，并在所述被测试件106表面形成激光点云；所述处理设备105，用于根据所述第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103在第一时刻所采集的所述被测试件106表面的第一波段的图像，确定第一时刻所述激光点云的空间位置，并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件106表面的烧蚀速率。
示例性地，上述被测试件106可以为烧蚀材料。在航空航天领域，烧蚀材料作为热防护层得到了广泛应用，而烧蚀材料的烧蚀速率(如线烧蚀速率)是反映烧蚀材料在高温风洞环境下的热防护性能的重要信息。本公开实施例中，通过第一多光谱相机102及第二多光谱相机103，采集被测试件106表面的多个波段的图像；通过激光器104向被测试件106发射激光，并在被测试件106表面形成激光点云；从而根据第一多光谱相机102及第二多光谱相机103在第一时刻所采集的被测试件106表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定被测试件106表面的烧蚀速率。从而在散斑退化或无散斑等情况下，确定被测试件表面的烧蚀速率，进而可以对被测试件在高温风洞环境下的力学、热学等性能进行有效评估。
示例性地，如图1所示，所述激光器104配置有毛玻璃片110(或激光衍射片)，毛玻璃片110可以配置在激光器104的前方，激光器104可以为大功率激光器，激光器104向被测试件106发射的激光经过毛玻璃片110到达被测试件106表面，并在被测试件106表面形成激光点云。
图2示出根据本公开一实施例的一种形成激光点云的示意图。如图2所示，激光器104发出的激光通过毛玻璃片110后，会发生随机衍射，从而在被测试件106表面形成激光点云；该激光点云可以作为随机散斑，与对被测试件表面进行加工处理得到散斑或将被测试件表面本身纹理作为散斑不同，本公开实施例中随机散斑不受温度等环境因素的影响，从而在高温风洞试验的过程中，被测试件106表面的随机散斑均可观测到，从而避免了散斑退化或无散斑等情况对测量烧蚀速率的影响。
其中，多光谱相机表示通过各种滤光片或分光器与多种感光胶片的组合，使其同时分别接收同一目标在不同波段上所辐射或反射的信息的相机，即可得到目标的几张不同波段的图像。本公开实施例中，利用第一多光谱相机102及第二多光谱相机103可以采集被测试件106表面的多个波段的图像，示例性地，第一多光谱相机102及第二多光谱相机103所采集的波段可以相同，也可以不同，对此不作限定，例如，第一多光谱相机102及第二多光谱相机103均可采集620nm、650nm、450nm、420nm等等多个波段的图像。
在一种可能的实现方式中，所述第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103均配置有双带通滤波器111。示例性地，第一多光谱相机102及第二多光谱相机103均可以包括一个或多个镜头，任一镜头可以配置双带通滤波器111，其中，双带通滤波器111具有两个通带，允许这两个通带内的光通过，两个通带较为接近且每一通带较小，同时，双带通滤波器111可以过滤掉通带外的光，滤波效果更好。
在一种可能的实现方式中，所述双带通滤波器111包括带通滤波器11101及带阻滤波器11102，所述带阻滤波器11102的阻带范围在所述带通滤波器11101的通带范围之内。示例性地，带通滤波器11101及带阻滤波器11102可以均为一个，这样，前后设置的带通滤波器11101及带阻滤波器11102所构成的滤波器具有双通带，即在带通滤波器11101的通带内，且不在带阻滤波器11102的阻带内的光线可以通过双带通滤波器111。示例性地，带通滤波器11101的通带范围及带阻滤波器11102的阻带范围可以相差较小，从而提高滤波效果。进一步，带阻滤波器11102可以为多个，前后设置的带通滤波器11101及带阻滤波器11102所构成的双带通滤波器111可以具有多个通带。
本公开实施例中，带通滤波器11101及带阻滤波器11102均可以为常规的滤波器，带通滤波器11101的通带与带阻滤波器11102的阻带可以根据需要进行配置，带通滤波器11101及带阻滤波器11102大小可以相同，可以前后重叠设置，相对于第一多光谱相机102(或第二多光谱相机103)的镜头进光方向，带通滤波器11101可以设置在带阻滤波器11102之前，可以设置在带阻滤波器11102之后，从而组合得到双带通滤波器111。这样，通过带通滤波器及带阻滤波器组合设置即可构成双带通滤波器，简单方便，大大降低了对制作工艺的要求，经济性高，且滤波效果好。
举例来说，图3示出根据本公开一实施例的一种双带通滤波器的结构示意图。如图3所示，第一多光谱相机102(或第二多光谱相机103)的镜头前方配置有双带通滤波器111，包括带通滤波器11101及带阻滤波器11102，其中，相对于第一多光谱相机102的镜头进光方向，带通滤波器11101设置在带阻滤波器11102之前。
图4示出根据本公开一实施例的一种组合带通滤波器及带阻滤波器的示意图，如图4(a)所示，带通滤波器11101的通带为34nm，中心波长为635nm，即带通滤波器11101可以允许波长范围为618nm-652nm的光通过；如图4(b)所示，带阻滤波器11102的阻带为26nm，中心波长为635nm，即带阻滤波器11102可以过滤波长范围为622nm-648nm的光；其中，带通滤波器11101及带阻滤波器11102的大小可以相同，将图4(a)中的带通滤波器11101与图4(b)中的带阻滤波器11102前后重叠设置，即可构成图4(c)所示的双带通滤波器111，如图4(c)所示，双带通滤波器111包括两个通带，两个通带均为4nm，其中，一个通带的波长范围为618nm-622nm，中心波长为620nm，另一个通带的波长范围为648nm-652nm，中心波长为650nm。
进一步地，如图1所示，所述装置还可以包括补光光源109，补光光源109用于补偿所述高温风洞考核舱101内的环境光；示例性地，补光光源109可以为蓝光光源，补偿高温风洞考核101内的蓝光，该蓝光补光光源可以是蓝光LED光源、激光器等。其中，在较高温度(如超过3000K)下，该蓝光补光光源的功率可以足够大，避免强光辐射湮没被测试件106的反射光信息，从而使得第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103可以采集到被测试件106表面的清晰图像。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103在第一时刻所采集的所述被测试件106表面的第一波段的图像，确定第一时刻所述激光点云的位置，可以包括：根据所述第一时刻所采集的所述被测试件106表面的第一波段的图像，及所述第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103的标定参数，基于双目立体视觉确定第一激光点云在第一时刻的空间位置。
其中，第一多光谱相机102及第二多光谱相机103的标定参数可以预先通过标定确定，示例性地，可以从第一多光谱相机102在第一时刻所采集的多个波段的图像中提取第一波段的图像，并从第二多光谱相机103在第一时刻所采集的多个波段的图像中提取第一波段的图像；进而基于双目立体视觉，根据各激光点云在第一多光谱相机102及第二多光谱相机103所对应的第一波段的图像上的位置，以及第一多光谱相机102及第二多光谱相机103的空间位置，确定各激光点云在第一时刻的空间位置。
举例来说，图5示出根据本公开一实施例的一种双目立体视觉确定激光点云空间位置的示意图，如图5所示，第一波段可以为λ1＝420nm，基于双目立体视觉原理，对于被测试件106表面的任一激光点云P，在第一多光谱相机102(即图5中C1)所采集的图像中，激光点云P的位置为P1，此时无法确定P的空间位置，即P的空间位置可以在O1(C1相机的光学中心)与P1所在直线上的任一位置，如图中P1所示；相应的，该激光点云P在第二多光谱相机103(即图5中C2)所采集的图像中激光点云P的位置为P2，P的空间位置可以在O2(C2相机的光学中心)与P2所在直线上的任一位置；由此，直线O1P1和O2P2的交点，即为该激光点云P的空间位置(x，y，z)。示例性地，在上述基于双目立体视觉确定激光点云P的空间位置的过程中，可以利用最小二乘法进行去噪处理，去除噪声干扰，从而更加精确地确定激光点云P的空间位置。
进一步地，考虑到在已知物体表面上所有点的三维坐标时，即可唯一地确定该物体的表面形状和位置。若该物体为多面体，则可以根据每个顶点的三维坐标和相邻关系，唯一地确定该多面体的形状和位置。因此，可以根据上述所确定的各激光点云在不同时刻的空间位置，确定被测试件106表面在不同时刻的形态(包括形状、位置等信息)。示例性地，可以根据被测试件106表面的各激光点云在第一时刻的空间位置，确定被测试件106表面在第一时刻的形态。
举例来说，图6示出根据本公开一实施例的一种根据激光点云确定被测试件表面形态的示意图；如图6(a)所示，激光器在第一时刻向被测试件106发射激光，在被测试件106表面形成多个激光点云P＝{P1，P2，P3…PN}，N为不小于3的整数；通过三角分割法确定被测试件106表面形态，即利用该多个激光点云进行连接，组成Delaunay三角网，其中，Delaunay三角网是一组相互相邻、互不重叠的三角形，每个三角形的外接圆上不存在其他点；如图6(b)所示，将各激光点云连接成三角形，组成Delaunay三角网，使得由任意三个激光点云形成的三角形的外接圆不包含除这三个激光点云以外的任何激光点云；利用该组成的Delaunay三角网表示第一时刻的被测试件106表面的形态。
在一种可能的实现方式中，所述根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件106表面的烧蚀速率，可以包括：根据所述第一激光点云在第一时刻的空间位置，确定所述第一激光点云的法向量；确定所述第一激光点云的法向量与第二时刻被测试件106表面的交点的空间位置；其中，所述第二时刻被测试件106表面由多个激光点云在第二时刻的空间位置确定；根据所述交点的空间位置、所述第一激光点云在第一时刻的空间位置、所述第一时刻及所述第二时刻，确定所述被测试件106表面的烧蚀速率。
示例性地，第一激光点云的法向量可以通过点云法向量估计方法确定，点云法向量估计法可是由最小二乘法导出；估计第一激光点云的法向量，需要利用第一激光点云的邻域内的最近邻点(即邻近的激光点云)来估计平面，然后计算第一激光点云的法向量；即通过最小化目标函数(所需参数为法向量)，使得法向量与由第一激光点云及其邻域内的每个近邻点组成向量的点积为零，如下述公式(1)所示：
其中，n表示第一激光点云的法向量，n′表示第一激光点云所在邻域内近邻点的数量，xi表示邻域内的第i个近邻点，c表示邻域的中心点。
可以将邻域的质心点m作为第一激光点云所在邻域内的中心点，如下述公式(2)所示：
其中，m表示邻域的质心点，n′表示邻域内近邻点的数量,xi表示邻域内的第i个近邻点。
根据下述公式(3)对上述公式(1)中的目标函数进行优化，优化后的目标函数如公式(4)所示：
yi＝xi-m............................................(3)
式中，n表示第一激光点云的法向量，n′表示邻域内近邻点的数量，yi表示邻域内的第i个近邻点的对应量。
进一步地，对上述公式(4)中的目标函数进行推导，如下述公式(5)所示：
其中，n表示第一激光点云的法向量，n′表示邻域内近邻点的数量，yi表示邻域内的第i个近邻点的对应量，YYT为3×3协方差矩阵。
上述目标函数变为：
f(n)＝nTSn,其中,S＝(YYT),min(f(n)),且nTn＝1.............(6)
其中，YYT是3×3协方差矩阵，n表示第一激光点云的法向量。对于公式(6)中目标函数，可以采用Joseph-Louis-Lagrange约瑟夫·路易斯·拉格朗日等算法来求解，此处不再赘述。至此，可以确定在第一时刻时，第一激光点云的法向量。
进一步地，确定上述第一时刻时第一激光点云的法向量与第二时刻被测试件106表面的交点的空间位置。其中，第二时刻被测试件106表面可以由多个激光点云在第二时刻的空间位置确定，示例性地，可以通过上述三角分割法确定第二时刻被测试件106表面的形态，进而根据该第二时刻被测试件106表面的形态及上述求取的第一时刻时第一激光点云的法向量，确定两者交点的空间位置。
进一步地，根据上述交点的空间位置、第一激光点云在第一时刻的空间位置、第一时刻及第二时刻，确定被测试件106表面的烧蚀速率。其中，烧蚀速率可以包括线烧蚀率和质量烧蚀率。
示例性地，可以确定线烧蚀速率(单位mm/s)，即单位时间内被测试件沿法线方向后退的距离。可以通过下述公式(7)求取线烧蚀速率r：
式中，Δt表示第一时刻与第二时刻的时间差，H表示被测试件沿法线方向后退的距离。
举例来说，图7示出根据本公开一实施例的一种计算烧蚀速率的示意图；如图7所示，在第二时刻i被测试件106表面的激光点云的集合为Pi＝[Pi，1；Pi，2；Pi，3……]，由激光点云的集合Pi通过上述三角分割法确定被测试件106表面在第二时刻i的形态为Si＝[Si，1；Si，2；Si，3……]。在第一时刻i+1被测试件106表面的激光点云的集合为Pi+1＝[Pi+1,1；Pi+1,2；Pi+1,3……]，所确定的被测试件106表面在第一时刻i+1的形态为Si+1＝[Si+1,1；Si+1,2；Si+1,3……]。将Pi+1集合中Pi+1,5作为上述第一激光点云，通过上述公式(1)-(6)确定Pi+1,5在第一时刻i+1的法向量为Li+1,5，法向量Li+1,5与第二时刻i的被测试件106的表面Si的交点为PS，5；从而可以得到PS，5与Pi+1,5的距离为H，第一时刻i+1与第二时刻i的时间差为Δt；进而结合上述公式(7)可以确定激光点云Pi+1,5的线性消融率。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，所述装置还包括：温度测量设备108，用于测量所述被测试件106表面的单点温度(即参考点温度)；所述处理设备105还用于，根据所述单点温度、所述第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103所采集的所述被测试件106表面的第二波段的图像与第三波段的图像，确定所述被测试件106表面的温度场。
示例性地，可以在第一多光谱相机102所采集的多个波段的图像中提取第二波段的图像，同时，在第二多光谱相机103所采集的多个波段的图像中提取第三波段的图像；也可以在第一多光谱相机102(或第二多光谱相机103)所采集的多个波段的图像中提取第二波段的图像及第三波段的图像。例如，第二波段可以为λ2＝620nm，第三波段可以为λ3＝650nm。
示例性地，可以利用双带通滤波器111得到第二波段与第三波段的图像，进行通过比色测温法，确定被测试件106表面的温度场，其中，第二波段与第三波段较为接近，从而可以提高比色测温的精度。
其中，被测试件106表面像素点的温度可以如下述公式(8)所示：
其中，C2为普朗克常数，T0为参考点温度，λ2和λ3分别为第二波段及第三波段的中心波长，B12为第二波段的图像中像素点灰度与第三波段的图像中对应像素点灰度的比值，B120为第二波段的图像中参考点灰度与第三波段的图像中参考点灰度的比值。
需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各实施方式，只要符合本公开的技术方案即可。
这样，本公开实施例中通过第一多光谱相机及第二多光谱相机，采集被测试件表面的多个波段的图像；通过激光器向被测试件发射激光，并在被测试件表面形成激光点云；从而根据第一多光谱相机及第二多光谱相机在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定被测试件表面的烧蚀速率。其中，被测试件表面的烧蚀速率可以反映被测试件在高温风洞环境下的性能，这样，可以在散斑退化或无散斑等情况下，确定被测试件表面的烧蚀速率，从而对被测试件在高温风洞环境下的力学、热学等性能进行有效评估。
图8示出根据本公开一实施例的一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装方法的流程图，如图8所示，该方法可以应用于上述图1所示的处理设备105，该方法可以包括以下步骤：
步骤801、控制第一多光谱相机102及第二多光谱相机103，通过高温风洞考核舱101上开设的观察窗107采集被测试件106表面的多个波段的图像；
步骤802、根据在第一时刻所采集的被测试件106表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，其中，所述激光点云，由激光器104向所述被测试件106发射的激光，在所述被测试件106表面形成；
步骤803、根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件106表面的烧蚀速率。
示例性地，在上述步骤801之前还可以包括：将被测试件106固定于高温风洞考核舱101内，并利用电弧风洞或者高温火焰装置对被测试件106的表面进行加热；架设上述图1所示的装置，其中，在第一多光谱相机102及第二多光谱相机103的镜头前方可以配置由带通滤波器及带阻滤波器组合成的双带通滤波器111，激光器104前面可以架设毛玻璃或者衍射片110。
在一种可能的实现方式中，所述根据在第一时刻所采集的被测试件106表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，包括：根据所述第一时刻所采集的所述被测试件106表面的第一波段的图像，及所述第一多光谱相机102及所述第二多光谱相机103的标定参数，基于双目立体视觉确定第一激光点云在第一时刻的空间位置。
在一种可能的实现方式中，所述根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件106表面的烧蚀速率，包括：根据所述第一激光点云在第一时刻的空间位置，确定所述第一激光点云的法向量；确定所述第一激光点云的法向量与第二时刻被测试件106表面的交点的空间位置；其中，所述第二时刻被测试件106表面由多个激光点云在第二时刻的空间位置确定；根据所述交点的空间位置、所述第一激光点云在第一时刻的空间位置、所述第一时刻及所述第二时刻，确定所述被测试件106表面的烧蚀速率。
需要说明的是，尽管以上述实施例作为示例介绍了高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试方法如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各实施方式，只要符合本公开的技术方案即可。
这样，本公开实施例中通过第一多光谱相机及第二多光谱相机，采集被测试件表面的多个波段的图像；通过激光器向被测试件发射激光，并在被测试件表面形成激光点云；从而根据第一多光谱相机及第二多光谱相机在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定被测试件表面的烧蚀速率。其中，被测试件表面的烧蚀速率可以反映被测试件在高温风洞环境下的性能，这样，可以在散斑退化或无散斑等情况下，确定被测试件表面的烧蚀速率，从而对被测试件在高温风洞环境下的力学、热学等性能进行有效评估。
图9示出根据本公开一实施例的一种用于高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试的装置1900的框图。例如，装置1900可以被提供为一服务器。参照图9，装置1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。
装置1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行装置1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将装置1900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1958。装置1900可以操作基于存储在存储器1932的操作系统，例如Windows ServerTM，MacOS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM或类似。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由装置1900的处理组件1922执行以完成上述方法。
本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (8)
1.一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置，其特征在于，包括：
高温风洞考核舱、第一多光谱相机、第二多光谱相机、激光器、处理设备；其中，
所述高温风洞考核舱的封闭空间内固定有被测试件，所述高温风洞考核舱上开设有观察窗；所述高温风洞考核舱用于对所述被测试件进行高温风洞考核；
所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机，用于通过所述观察窗采集所述被测试件表面的多个波段的图像；所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机均配置有双带通滤波器；所述双带通滤波器包括带通滤波器及带阻滤波器，所述带阻滤波器的阻带范围在所述带通滤波器的通带范围之内；
所述激光器配置有毛玻璃片或激光衍射片，用于向所述被测试件发射激光，并在所述被测试件表面形成激光点云；
所述处理设备，用于根据所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机在第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻所述激光点云的空间位置；并根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述根据所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机在第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻所述激光点云的位置，包括：
根据所述第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，及所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机的标定参数，基于双目立体视觉确定第一激光点云在第一时刻的空间位置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率，包括：
根据所述第一激光点云在第一时刻的空间位置，确定所述第一激光点云的法向量；
确定所述第一激光点云的法向量与第二时刻被测试件表面的交点的空间位置；其中，所述第二时刻被测试件表面由多个激光点云在第二时刻的空间位置确定；
根据所述交点的空间位置、所述第一激光点云在第一时刻的空间位置、所述第一时刻及所述第二时刻，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：温度测量设备，用于测量所述被测试件表面的单点温度；
所述处理设备还用于，根据所述单点温度、所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机所采集的所述被测试件表面的第二波段的图像与第三波段的图像，确定所述被测试件表面的温度场。
5.一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试方法，其特征在于，所述方法包括：
控制第一多光谱相机及第二多光谱相机，通过高温风洞考核舱上开设的观察窗采集被测试件表面的多个波段的图像；其中，所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机均配置有双带通滤波器；所述双带通滤波器包括带通滤波器及带阻滤波器，所述带阻滤波器的阻带范围在所述带通滤波器的通带范围之内；
根据在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，其中，所述激光点云，由激光器向所述被测试件发射的激光，经过毛玻璃片或激光衍射片，在所述被测试件表面形成；
根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据在第一时刻所采集的被测试件表面的第一波段的图像，确定第一时刻激光点云的空间位置，包括：
根据所述第一时刻所采集的所述被测试件表面的第一波段的图像，及所述第一多光谱相机及所述第二多光谱相机的标定参数，基于双目立体视觉确定第一激光点云在第一时刻的空间位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据不同时刻对应的激光点云的空间位置，确定所述被测试件表面的烧蚀速率，包括：
根据所述第一激光点云在第一时刻的空间位置，确定所述第一激光点云的法向量；
确定所述第一激光点云的法向量与第二时刻被测试件表面的交点的空间位置；其中，所述第二时刻被测试件表面由多个激光点云在第二时刻的空间位置确定；
根据所述交点的空间位置、所述第一激光点云在第一时刻的空间位置、所述第一时刻及所述第二时刻，确定所述被测试件表面的烧蚀速率。
8.一种高温风洞环境下材料的烧蚀速率测试装置，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为在执行所述存储器存储的可执行指令时实现权利要求5到7中任一项所述的方法。
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