CN114688990B - 一种基于光场相机的多参数三维测量装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光场相机的多参数三维测量装置、系统及方法，所述装置包括：脉冲激光组件、滤光组件、光场相机以及处理单元；其中，所述脉冲激光组件发出脉冲光束以对待测目标进行周期性的照明，且所述待测目标能够在脉冲激光组件发出脉冲光束时，根据脉冲光束形成反射光；滤光组件用于根据脉冲光束对反射光进行滤光，以及对待测目标的自发光进行滤光；光场相机基于滤光后的反射光以及自发光采集待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像；处理单元用于根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获取待测目标的温度。上述装置既可以获取温度，也可以获取速度，适用于发动机试车试验中开展多参数测量工作。
Description
技术领域
本发明涉及多参数测量领域，具体设计一种基于光场相机的多参数三维测量装置、系统及方法。
背景技术
在发动机热试验中，充分获取发动机尾焰速度场及三维温度场等参数的定量信息对于发动机研制中的性能预测、理论分析具有重要的工程实用价值。基于发动机尾焰速度场及三维温度场还可以进一步处理得到湍流脉动、雷诺应力、耗散、涡量和流线等流场特性的参数分布，这对发动机设计研制，提高其技术水平具有极为重要的意义。
目前，发动机尾焰三维温度场测量方法主要包括：可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)、平面激光诱导荧光(PLIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)等激光诊断测量方法及光场相机测量方法，但目前尚无发动机尾焰速度场及三维温度场同时测量的方法及装置。而且，上述可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)、平面激光诱导荧光(PLIF)、相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)等激光诊断测量方法中使用的测量装置体积庞大，成本较高，不利于发动机研制过程中频繁使用测量进行参数迭代优化。
发明内容
鉴于上述现有技术中无法同时测量发动机尾焰速度场及三维温度场的技术问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于光场相机的多参数三维测量装置、系统及方法。
依据本发明的一个方面，提供一种基于光场相机的多参数三维测量装置，用于获取待测目标的速度及温度，所述装置包括：
脉冲激光组件、滤光组件、光场相机以及处理单元；其中，
所述脉冲激光组件发出脉冲光束以对待测目标进行周期性的照明，且所述待测目标能够在所述脉冲激光组件发出脉冲光束时，根据所述脉冲光束形成反射光；
所述滤光组件用于根据所述脉冲光束对所述反射光进行滤光，以及对所述待测目标的自发光进行滤光；
所述光场相机基于滤光后的反射光以及自发光采集所述待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像；
所述处理单元用于根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获取待测目标的温度。
优选的，所述装置还包括：时序控制器，所述时序控制器用于控制所述脉冲激光组件、滤光组件以及光场相机依时序工作，以及控制所述脉冲激光组件间隔第一时间发出两束脉冲光束。
优选的，所述脉冲激光组件还包括：第一激光光源、第二激光光源、激光控制器、光束合束器以及光学透镜组；所述光束合束器将所述第一激光光源以及第二激光光源发出的激光光束进行合束，并通过一个光路出口输出至所述光学透镜组以产生脉冲光束，所述激光控制器用于控制所述第一激光光源以及第二激光光源开启以发出激光光束，以及控制所述第一激光光源以及第二激光光源关闭。
优选的，所述滤光组件包含：三个滤光片以及切换机构，所述切换机构用于将所述滤光片分别切入所述光场相机的成像光路中，三个所述滤光片用于对所述反射光以及自发光进行滤光。
优选的，所述切换机构包括：电机、蜗轮蜗杆组件以及旋转轮，三个所述滤光片设置于所述旋转轮上，所述电机通过所述蜗轮蜗杆组件带动所述旋转轮转动以将三个所述滤光片分别切入所述成像光路中。
优选的，所述光场相机还包括：衰减组件，所述衰减组件用于对所述反射光以及自发光进行衰减以分别获得速度光场图像以及温度光场图像。
依据本发明的另一个方面，提供一种基于光场相机的多参数三维测量系统，所述系统包含：待测目标，以及如上任意一项所述的多参数三维测量装置，所述测量装置用于获取待测目标的温度及速度。
依据本发明的另一个方面，提供一种基于光场相机的多参数三维测量方法，用于获取待测目标的速度及温度，所述方法包括：
脉冲激光组件发出脉冲光束以对待测目标进行周期性的照明，且所述待测目标能够在所述脉冲激光组件发出脉冲光束时，根据所述脉冲光束形成反射光；
滤光组件根据所述脉冲光束对所述反射光进行滤光，以及对待测目标的自发光进行滤光；
光场相机基于滤光后的反射光以及自发光采集所述待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像；
处理单元根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获得待测目标的温度。
优选的，当所述脉冲激光组件对待测目标进行照明时，所述光场相机采集两幅速度光场图像，其中，两次采集间隔第一时间；
所述处理单元根据所述第一时间以及两幅速度光场图像获得待测目标的速度。
优选的，所述方法具体包括：所述温度光场图像包含RGB三波长的灰度信息，所述处理单元根据所述RGB三波长的灰度信息获取待测目标的温度。
本发明基于光场相机的多参数三维测量装置基于光场相机建立了可同时测量被测区域的三维温度及速度，解决了无法同时获取温度及速度等参数的装置，适用于发动机试车试验中开展多参数测量工作。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
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获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种基于光场相机的多参数三维测量装置的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中一种基于光场相机的多参数三维测量装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中一种基于光场相机的多参数三维测量系统的结构示意图；
图4为本发明实施例中一种基于光场相机的多参数三维测量方法的流程图。
【附图标记说明】
1、脉冲激光组件；2、滤光组件；3、光场相机；4、时序控制器。
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做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。
实施例概括：
本发明实施例提供一种基于光场相机的多参数三维测量装置，该装置用以获取发动机尾焰的多种参数，例如温度参数和速度参数，即让发动机尾焰处于被测区域所在的范围内，通过光场相机采集该被测区域中发动机尾焰的速度光场图像以及温度光场图像进而获取发动机尾焰的多种参数，在本发明具体的实施例中参数包括发动机尾焰的温度及速度。
具体的，发动机尾焰的技术指标如下：
发动机尾焰三维温度测量范围：1000℃～1800℃；
尾焰温度测量不确定度：5％；
发动机尾焰速度场测量不确定度：5％。
基于上述指标，本发明实施例提供一种基于光场相机的多参数三维测量装置，用于获取待测目标相应的速度及温度，本实施例中，待测目标即为发动机尾焰，如图1所示，包括：
脉冲激光组件1、滤光组件2、光场相机3以及处理单元(图未示)；其中，
所述脉冲激光组件1发出脉冲光束以对待测目标进行周期性的照明，且所述待测目标能够在所述脉冲激光组件1发出脉冲光束时，根据所述脉冲光束形成反射光；
所述滤光组件2用于对所述反射光进行滤光，以及对所述待测目标的自发光进行滤光；
所述光场相机3基于滤光后的反射光以及自发光采集所述待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像；
所述处理单元用于根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获取待测目标的速度。
本发明实施例基于光场相机建立了可测量被测区域的三维温度及速度的装置，解决了目前不存在可同时获取温度及速度等参数的装置，适用于发动机试车试验中开展多参数测量工作。
本发明具体的实施例中，为了获取发动机尾焰的多种参数，将发动机尾焰所在的区域作为本发明实施例中的被测区域，因此被测区域内的待测目标即为发动机尾焰。将所述脉冲激光组件1置于发动机尾焰所在区域的上方，所述脉冲激光组件1朝向发动机尾焰所在的方向发出的脉冲光束呈放射状并形成如图1中所示的脉冲光束的照明区域，并由所述待测目标根据照在其上的所述脉冲光束形成待测目标的反射光。脉冲光束照明区域与发动机尾焰部分重合，重合部分可以为大部分发动机尾焰所在的区域，或者发动机尾焰所形成的主要区域。对该区域内的发动机尾焰进行照明，可以尽可能准确获取发动机尾焰的速度参数。较佳的，所述脉冲激光组件1可以选择可见光波段为蓝色(455nm左右)、绿色(532nm左右)、红色(610nm左右)的激光器，较佳的，选择绿色波段。具体的，所述脉冲激光组件1发出的脉冲光束对待测目标进行周期性的照明，其中，周期性的照明意味着，脉冲激光组件1的开启与未开启呈周期性更替。即脉冲激光组件1处于开启状态时，所述待测目标处于照明的周期，而当脉冲激光组件1处于关闭状态时，所述待测目标处于未被照明的周期，这样使得待测目标可以灵活的处于照明或者未照明的状态，以在交替的周期内分别获得速度参数和温度参数。
所述滤光组件2用于根据当所述待测目标处于脉冲激光组件1照明时，对所述待测目标的反射光进行滤光，以及当所述待测目标没有处于照明下，直接对所述待测目标的自发光进行滤光，以便光场相机3根据获取参数的需求采集滤光后的发动机尾焰的速度光场图像或温度光场图像，一方面，可以根据温度光场图像获取发动机尾焰的灰度信息，以便建立尾焰光谱发射率与光谱依赖关系模型；另一方面，还可以同时利用图像互相关方法来分析识别速度光场图像中尾焰的粒子信息，获得定量的尾焰速度分布，以作为实现同步获取发动机尾焰的多种参数的基础。较佳的，当对待测目标的反射光进行滤光时，所述滤光组件的波长与脉冲激光组件1的波长一致。由于发动机尾焰的温度较高，尾焰中的粒子本身辐射较强，因此使用脉冲激光组件1照明尾焰中的粒子，然后再使用与脉冲激光组件1波长一致的滤光组件2对尾焰中的粒子反射脉冲光束的反射光进行滤光，使得只有反射光进入光场相机3，这样光场相机3既不会饱和，又能清晰看到粒子。一般的，滤光组件2可以选择可见光波段为蓝色(455nm左右)、绿色(532nm左右)、红色(610nm左右)的滤光装置。
所述光场相机3基于滤光后的反射光以及自发光采集所述待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像，其中，速度光场图像为光场相机3成像区域与脉冲光束照明区域的重叠区域内的待测目标的图像，且该速度光场图像是基于滤光组件2滤光后的反射光所采集的图像，温度光场图像为光场相机3的成像区域与待测目标所在区域的重叠区域内的图像，且该温度光场图像是基于滤光组件2滤光后的待测目标的自发光所采集的图像。具体的，所述滤光组件2位于所述光场相机3的成像光路中，因此当光场相机3采集待测目标的速度光场图像以及温度光场图像时，可以直接透过滤光组件2采集待测目标的相应图像。其中，所述光场相机3是一种在低光及影像高速移动的情况下，仍能准确对焦拍出清晰照片的相机。较佳的，光场相机3的分辨率、跨帧时间、三维深度分辨率等参数可根据待测目标及测量精度等因素综合确定，本发明实施例不做具体限定。
处理单元根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获取待测目标的温度。具体的，当获取到待测目标的速度光场图像以及温度光场图像后，根据该速度光场图像以及温度光场图像可以分别获取待测目标的速度和温度。例如，待测目标的速度根据粒子图像测速方法，通过光场相机3采集的连续两次速度光场图像，利用图像互相关方法来分析识别速度光场图像中发动机尾焰的粒子信息，获得发动机尾焰中一个切面内定量的速度分布。待测目标的温度是根据尾焰光谱发射率与光谱依赖关系模型获取发动机尾焰的三维温度场，最终通过一个装置获取发动机尾焰的温度与速度，不需要不同的装置操作，有利于发动机设计研制以及提高其技术水平。
本发明实施例提供的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，较佳的，如图2所示，所述装置还包括：时序控制器4，所述时序控制器4用于控制所述脉冲激光组件1、滤光组件2以及光场相机3依时序工作。具体的，时序控制器4产生周期性的脉冲触发信号，经过多个延时通道同时产生多个经过延时的触发信号以分别控制脉冲激光组件1、滤光组件2以及光场相机3工作，周期性的脉冲触发信号使它们工作在严格同步的信号基础上，经过不同的延时分别被触发，保证本装置中脉冲激光组件1、滤光组件2以及光场相机3按一定的时间顺序来进行工作。以测量发动机尾焰的速度为例，时序控制器4向滤光组件2发出控制信号，将滤光组件2切入光场相机3的成像光路中。待滤光组件2切入完成后，时序控制器4向脉冲激光组件1及光场相机3发出一系列控制信号，使脉冲激光组件1间隔第一时间发出两束脉冲光束；随后，光场相机3连续采集两束脉冲光束照明时的发动机尾焰的速度光场图像，形成两幅脉冲光束照明下的尾焰的速度光场图像，即光场相机3基于第一时间连续两次获取两束脉冲光束照射下的尾焰的切面区域内的尾焰粒子定量的速度分布，并根据两幅速度光场图像获得发动机尾焰的速度。以测量发动机尾焰的温度为例，时序控制器4向滤光组件2发出控制信号，将滤光组件2切入光场相机3的成像光路中。待滤光组件2切入完成后，时序控制器4向脉冲激光组件1及光场相机3发出一系列控制信号，使脉冲激光组件1停止发出脉冲光束，并且使得光场相机3在脉冲激光组件1停止发出脉冲光束的期间，采集发动机尾焰在经过滤光后的自发光以形成温度光场图像。通过上述时序控制，可以使得整个装置处于可操作范围内，便于获取不同的数据。
本发明实施例提供的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，较佳的，所述脉冲激光组件还包括：第一激光光源、第二激光光源、激光控制器、光束合束器以及光学透镜组；所述光束合束器将所述第一激光光源以及第二激光光源发出的激光光束进行合束，并通过一个光路出口输出至所述光学透镜组以产生脉冲光束，所述激光控制器用于控制所述第一激光光源以及第二激光光源开启以发出激光光束，以及控制所述第一激光光源以及第二激光光源关闭以停止发出激光光束。其中，当激光控制器控制第一激光光源以及第二激光光源开启以发出激光光束时用于测量速度，当激光控制器控制第一激光光源以及第二激光光源关闭时用于测量温度。
具体的，第一激光光源、第二激光光源的中心波长与滤光组件的波长相同。在本发明实施例中可以选用中心波长为532nm的激光器。在工作过程中，第一激光光源、第二激光光源处于待触发状态，由外部同步信号触发以启动。第一激光光源发出的第一激光光束、第二激光光源发出的第二激光光束经过光束合束器，从同一个光路出口输出，实现空间上严格重合发射出来，经过光学透镜组，并在时序控制器的控制下产生照明被测区域中的待测目标的脉冲光束。
本发明实施例提供的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，较佳的，所述第一激光光源发出第一激光光束与第二激光光源发出第二激光光束的时间间隔为第一时间；所述处理单元根据所述第一时间连续获取第一激光光束以及第二激光光束所对应的速度光场图像，最终获得待测目标的速度。具体的，由于发动机尾焰中的粒子移动速度很快，而一个激光器不会很短时间内连续发出两个脉冲激光照明，因此通过第一激光光源与第二激光光源组成的脉冲激光组件依次发出两束激光光束，两束激光光束的间隔为第一时间，再通过光场相机采集这两束激光光束照明时的两幅尾焰的速度光场图像，随后根据两幅速度光场图像的时间间隔，以及这个时间间隔内粒子在图像中变化的位置计算速度，该间隔即为第一时间，具体该第一时间的时长以实际需要为准，本实施例不做限制。
本发明实施例提供的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，较佳的，所述滤光组件包含：三个滤光片以及切换机构，所述切换机构用于将所述滤光片分别切入成像光路中，三个所述滤光片用于对所述反射光以及自发光进行滤光。具体的，在获得待测目标的温度时，光场相机可以较为容易的获取被测尾焰三维图像，而通过三维图像直接计算三维温度场的模型算法，受尾焰中固体颗粒发射率的影响，温度场测量精度较低。因此具体的实施例中，三个所述滤光片的波长根据所需获得光的不同而设置，且根据光场相机RGB光谱响应曲线的峰值，选择蓝光、绿光以及红光所在的波长比其他波长有更好的响应系数，测量装置的灵敏度更好，即选择波长分别为455nm滤光片、532nm滤光片、610nm滤光片，该测量装置工作时，根据接受的时序控制器发出的控制信号，将相应的滤光片切入至光场相机的成像光路中。
具体的实施例中，在进行三维温度场测量时，时序控制器向滤光组件及光场相机发出一系列控制信号，使455nm滤光片、532nm滤光片、610nm滤光片根据时序控制器的控制信号依次切入到光场相机的成像光路中；在滤光片切入光场相机的成像光路的同时，光场相机依次采集透过455nm滤光片、532nm滤光片、610nm滤光片的发动机尾焰的图像，形成三幅相应光谱下发动机尾焰的光场图像。在进行速度场测量量，只需将某一个滤光片切入光场相机的成像光路中即可。
本发明实施例提供的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，较佳的，所述切换机构包括：电机、蜗轮蜗杆组件以及旋转轮，三个所述滤光片设置于所述旋转轮上，所述电机通过所述蜗轮蜗杆组件带动所述旋转轮转动以将三个所述滤光片分别切入成像光路中。较佳的，所述旋转轮为圆形的盘状结构，所述滤光片等间距、等角度的的设置在所述旋转轮上，当所述旋转轮顺时针或逆时针转动时可以将所述三个所述滤光片分别切入光场相机的成像光路中，而蜗轮蜗杆组件作为电机的传动机构，可以直接带动旋转轮转动。在其他实施例中，也可以采用其他手动、自动或半自动的机械结构将滤光片切入光场相机的成像光路中，并不一定以本实施例为限。
本发明实施例提供的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，较佳的，所述光场相机还包括：衰减组件，所述衰减组件用于对反射光以及自发光进行衰减以分别获得速度光场图像以及温度光场图像。具体的实施例中，在光场相机的成像光路中还设计有衰减组件，当进行速度测量时，对进入成像光路的反射光的能量进行合适倍率的衰减；当进行温度测量时，对进入成像光路中的自发光的能量进行合适倍率的衰减，既使所述测量装置有较高的灵敏度，又可避免光场相机的探测器饱和。较佳的，所述衰减组件还包括：多个不同衰减倍率的衰减片以及安装机构，所述衰减片安装机构用于容置所述衰减片，以对所述反射光和自发光进行衰减。具体的，安装机构的形式可以为多种，例如带有插槽的插入式安装机构或者带有旋转轮的安装机构，以便在测量过程中选择合适倍率的衰减片。
本发明实施例所述的测量装置基于光场相机建立了可同时测量发动机尾焰三维温度场及速度场，解决了目前尚不存在同时测量发动机尾焰三维温度场及速度场的装置，以及现有技术中测量光场相机三维温度场测量精度低的问题。该测量装置测量精度高、成本低，适用于发动机试车试验中开展多参数测量工作。
本发明实施例还提供一种基于光场相机的多参数三维测量系统，如图3所示，所述系统包含：待测目标301，以及如上任意一具体实施例中所述的多参数三维测量装置302，所述测量装置302对所述待测目标301进行多参数测量以获取待测目标301的温度及速度，具体到本发明实施例中，所述待测目标301为发动机尾焰。
本发明实施例还提供一种基于光场相机的多参数三维测量方法，用于获取待测目标的参数，如图4所示，所述方法包括：
步骤401，脉冲激光组件发出脉冲光束以对待测目标进行周期性的照明，且所述待测目标能够在所述脉冲激光组件发出脉冲光束时，根据所述脉冲光束形成反射光；
步骤402，滤光组件根据所述脉冲光束对所述反射光进行滤光，以及对待测目标的自发光进行滤光；
步骤403，光场相机基于滤光后的反射光以及自发光采集所述待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像；
步骤404，处理单元根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获得待测目标的温度和速度。
较佳的实施例中，当所述脉冲激光组件对待测目标进行照明时，所述光场相机采集两幅速度光场图像，其中，两次采集间隔第一时间；所述处理单元根据所述第一时间以及两幅速度光场图像获得待测目标的速度。本发明上述实施例中，具体的，速度的测量方法采用粒子图像测速方法，通过相邻的两幅光场图像的时间间隔，即本实施例中的第一时间，以及这个时间间隔内粒子在图像中变化的位置能够准确且快速的计算发动机尾焰中粒子的移动速度。
具体的实施例中，可通过下式获得发动机尾焰的最大流速：
其中：δt为光场相机的跨帧时间，单位：s；所述光场相机的跨帧时间即为第一激光光源与第二激光光源之间发出激光光束的时间间隔，即相邻的两幅光场图像的时间间隔，在本发明实施例中就是所述第一时间。
δd为最大像素位移，单位为pixel，δd可以通过两幅光场图像中跨帧时间内粒子在图像中变化的位置获取；D为拍摄区域尺寸，单位为m；R为相机分辨率，单位为pixel；VMax为发动机尾焰的最大流速，单位为m/s。
本发明实施例所述的一种基于光场相机的多参数三维测量方法，较佳的，所述速度光场图像包含RGB三波长的灰度信息，步骤404具体包括：
所述处理单元根据所述RGB三波长的灰度信息获取待测目标的温度。
具体的，温度测量采用三光谱测温方法，三光谱即红绿蓝三色。根据尾焰光谱发射率与光谱依赖关系模型，通过光场相机拍摄尾焰的温度光场图像中的RGB三波长的的灰度信息，获取发动机尾焰三维温度场。解决了目前光场相机三维温度场测量精度低的问题。
发动机尾焰的温度场测量模型建立方法如下：
多光谱辐射测温假设分为n个光谱通道，通过相关探测技术，获得n个通道的光谱辐射能量Mi(i＝1,2,3……n)，其中，其中，n为3，也就是三个光谱通道，分别对应RGB三波长，即红绿黄三色波长，每个波长所对应的光谱通道的光谱辐射能量与该色的灰度值有关，因此可以通过标定确定灰度值与光谱辐射能量的关系，所述灰度值可以通过温度光场图像获得。
假设光谱发射率与波长间存在一个高阶的函数关系，理论上，只要n足够大，就可以同时得出被测物体的真温和光谱发射率，在本发明具体的实施例中，n＝3，即红光光谱通道、蓝光光谱通道以及绿光光谱通道。下面对其理论模型做一简要阐述。
考虑本发明实施例中的基于光场相机的发动机尾焰的多参数三维测量装置有n个光谱通道，其中第i个光谱通道的输出信号Si，其中，输出信号Si即为光谱辐射能量，可通过式(1)表示：
式中：Ki为该通道的几何因子，它与该波长下光场相机的光谱响应率、光学元件透过率及几何因素有关，可以通过标定得到；ε(λi,T)为待测目标的真实温度为T时的光谱发射率，c1和c2分别为第一辐射常数和第二辐射常数；λi为该光谱通道的有效波长。
为了处理方便，可以用维恩定律来代替普朗克定律，则上式可改写为式(2)：
测量温度的温度计通过标定后，每一光谱通道的亮温值是可以单独且直接测得的，则n个光谱通道就可以测得n个亮温值T1，T2，…，Tn。其中，第i个光谱通道测得的亮温Ti与待测目标的真实温度T之间的关系表达式为式(3)：
这样，所述发动机尾焰的多参数三维测量方法中共有n个方程，而未知数共有n+1个(n个光谱发射率和待测目标的真实温度T)，无法求解。因此必须借助另一个假定方程。
通过研究发动机尾焰中固体颗粒光谱辐射特性，采用的发射率假设模型(4)：
lnε(λ,T)＝a0+a1λ (4)
将(4)式带入到前式(3)中，利用各种数据拟合方法如最小二乘法、求解方程法等求出待测目标的真实温度T。其中，光谱发射率ε(λ，T)的对数与波长λ成线性关系。a0与a1为两个常数。
采用本发明实施例中所述的基于光场相机的多参数三维测量装置、系统及方法，测量精度高、成本低，适用于发动机试车试验中开展多参数测量工作。
应理解，在本发明的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
还应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种基于光场相机的多参数三维测量装置，用于获取待测目标的速度及温度，其特征在于，包括：
脉冲激光组件、滤光组件、光场相机、处理单元以及时序控制器；其中，
所述脉冲激光组件发出脉冲光束以对待测目标进行周期性的照明，且所述待测目标能够在所述脉冲激光组件发出脉冲光束时，根据所述脉冲光束形成反射光；
所述滤光组件用于根据所述脉冲光束对所述反射光进行滤光，以及对所述待测目标的自发光进行滤光；
所述光场相机基于滤光后的反射光以及自发光采集所述待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像；
所述处理单元用于根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获取待测目标的温度；
所述时序控制器用于控制所述脉冲激光组件、滤光组件以及光场相机依时序工作，以及控制所述脉冲激光组件间隔第一时间发出两束脉冲光束；
所述脉冲激光组件包括：第一激光光源、第二激光光源、激光控制器、光束合束器以及光学透镜组；所述光束合束器将所述第一激光光源以及第二激光光源发出的激光光束进行合束，并通过一个光路出口输出至所述光学透镜组以产生脉冲光束，所述激光控制器用于控制所述第一激光光源以及第二激光光源开启以发出激光光束，以及控制所述第一激光光源以及第二激光光源关闭；
所述滤光组件包含：三个滤光片以及切换机构，所述切换机构用于将所述滤光片分别切入所述光场相机的成像光路中，三个所述滤光片用于对所述反射光以及自发光进行滤光。
2.根据权利要求1所述的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，其特征在于，所述切换机构包括：电机、蜗轮蜗杆组件以及旋转轮，三个所述滤光片设置于所述旋转轮上，所述电机通过所述蜗轮蜗杆组件带动所述旋转轮转动以将三个所述滤光片分别切入所述成像光路中。
3.根据权利要求1所述的一种基于光场相机的多参数三维测量装置，其特征在于，所述光场相机还包括：衰减组件，所述衰减组件用于对所述反射光以及自发光进行衰减以分别获得速度光场图像以及温度光场图像。
4.一种基于光场相机的多参数三维测量系统，其特征在于，所述系统包含：待测目标，以及如权利要求1-3任意一项所述的多参数三维测量装置，所述测量装置用于获取待测目标的温度及速度。
5.一种基于光场相机的多参数三维测量方法，用于获取待测目标的速度及温度，其特征在于，所述方法包括：
脉冲激光组件发出脉冲光束以对待测目标进行周期性的照明，且所述待测目标能够在所述脉冲激光组件发出脉冲光束时，根据所述脉冲光束形成反射光；
滤光组件根据所述脉冲光束对所述反射光进行滤光，以及对待测目标的自发光进行滤光；
光场相机基于滤光后的反射光以及自发光采集所述待测目标的图像以分别获得速度光场图像以及温度光场图像；
处理单元根据所述速度光场图像获取待测目标的速度，以及根据温度光场图像获得待测目标的温度；
其中，时序控制器控制所述脉冲激光组件、滤光组件以及光场相机依时序工作，以及控制所述脉冲激光组件间隔第一时间发出两束脉冲光束；
所述脉冲激光组件包括：第一激光光源、第二激光光源、激光控制器、光束合束器以及光学透镜组；所述光束合束器将所述第一激光光源以及第二激光光源发出的激光光束进行合束，并通过一个光路出口输出至所述光学透镜组以产生脉冲光束，所述激光控制器用于控制所述第一激光光源以及第二激光光源开启以发出激光光束，以及控制所述第一激光光源以及第二激光光源关闭；
所述滤光组件包含：三个滤光片以及切换机构，所述切换机构用于将所述滤光片分别切入所述光场相机的成像光路中，三个所述滤光片用于对所述反射光以及自发光进行滤光。
6.根据权利要求5所述的一种基于光场相机的多参数三维测量方法，其特征在于，当所述脉冲激光组件对待测目标进行照明时，所述光场相机采集两幅速度光场图像，其中，两次采集间隔第一时间；
所述处理单元根据所述第一时间以及两幅速度光场图像获得待测目标的速度。
7.根据权利要求5所述的一种基于光场相机的多参数三维测量方法，其特征在于，所述方法具体包括：所述温度光场图像包含RGB三波长的灰度信息，所述处理单元根据所述RGB三波长的灰度信息获取待测目标的温度。
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