CN114755449B - 一种粒子图像测速畸变修正装置及方法 - Google Patents

一种粒子图像测速畸变修正装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粒子图像测速畸变修正装置及方法，涉及燃烧流场探测技术领域，将空间光调制技术与BOS技术相结合，采用网格结构的光作为BOS技术的信标，对燃烧场特定位置进行实时投影，获得燃烧场测量区域的畸变图像和测速图像，通过解算所述畸变图像获得光学畸变信息，实现对粒子测速图像的实时修正，克服了传统粒子图像测速畸变修正方法中，基于背景纹影技术测量畸变场时随机点阵图与相机只能放置在燃烧流场两侧，表征的是光线传播方向的全流域畸变场，无法得到特定区域的畸变特性的问题，并实现了畸变场与粒子图像速度的同步测量。

Description

一种粒子图像测速畸变修正装置及方法
技术领域
本发明涉及燃烧流场探测技术领域，具体地，涉及一种粒子图像测速畸变修正装置及方法。
背景技术
粒子图像测速技术（PIV，Particle Image Velocimetry）作为典型光学测量方法，以其高时空分辨、非接触、实时测量的特点，近年来被广泛应用于燃烧场速度场测量。然而，随着燃烧场复杂性的增加，高温、强湍流会导致严重的气动光学效应，光线沿着成像路径发生偏折，粒子图像与成像传感器之间产生严重的积分畸变效应，极大影响速度测量精度。因此，如何精确测量燃烧流场的光学畸变场，成为提高PIV测速精度亟待解决的重要问题。
目前，传统光学畸变场测量通常采用哈特曼传感器、Malley探针、聚焦纹影、小孔径光束、干涉测量等技术，但其普遍存在设备复杂、成本高、时空分辨率低等问题。背景纹影技术（BOS，BackgroundOrientedSchlieren）作为一种非接触波前测量方法，利用光线通过流场后的偏折来反应流场内部折射率和波前的变化。该技术无需使用传统纹影、干涉测量系统中的大量光学仪器，如大口径光阑、微透镜阵列等设备，不仅降低了系统的复杂性，而且消除了透镜对测量场范围的限制。但该技术应用于燃烧畸变场测量时，仍存在以下问题：背景纹影的随机点阵图与相机只能放置在燃烧流场两侧，表征的是光线传播方向的全流域畸变场，无法得到特定区域的畸变特性；燃烧流场不是稳定流场，其光学畸变特性是实时变化的，畸变场的测量需要与粒子图像速度的测量同步。
发明内容
为了克服传统粒子图像测速畸变修正方法中，基于背景纹影技术测量畸变场时随机点阵图与相机只能放置在燃烧流场两侧，表征的是光线传播方向的全流域畸变场，无法得到特定区域的畸变特性的问题，并实现畸变场与粒子图像速度的同步测量，从而实现对粒子图像速度测量的修正，本发明提出了一种粒子图像测速畸变修正装置及方法，将空间光调制技术与BOS技术相结合，采用网格结构的光作为BOS技术的信标，对燃烧场特定位置进行实时投影，获得燃烧场测量区域的畸变图像和测速图像，通过解算获得光学畸变信息，实现粒子测速图像的实时修正。
为实现上述目的，本发明提供了一种粒子图像测速畸变修正装置，包括第一激光器、第二激光器、第一激光调制模块、第二激光调制模块、光学反射系统、图像采集模块和图像处理模块，其中：
所述第一激光器用于产生第一激光并射入所述第一激光调制模块；
所述第一激光调制模块用于将所述第一激光调制为平行光束并射入所述光学反射系统；
为了获得BOS技术所需要的信标，所述光学反射系统首先将所述平行光束分为第一光束和第二光束，然后将所述第一光束和所述第二光束汇聚于同一平面形成网格结构，所述网格结构代替了传统BOS技术中的随机点阵图，作为BOS技术的信标，能够设置于燃烧场内从而测量特定区域内的畸变场；
为了获得用于PIV技术的示踪光源，所述第二激光器用于产生第二激光并射入所述第二激光调制模块；
为了使PIV技术测得的畸变场与BOS技术测得的速度为燃烧场中相同位置对应的数据，确定燃烧场测量区域，所述第二激光调制模块用于将所述第二激光调制为第二片光，所述第二片光与所述网格结构共面形成燃烧场测量区域；
为了获得PIV技术和BOS技术所需要的图像数据，所述图像采集模块用于采集所述燃烧场测量区域的图像，包括畸变图像和测速图像；
为了对获得的图像数据分别通过PIV技术和BOS技术进行处理，所述图像处理模块用于对所述畸变图像和所述测速图像进行处理，分别获得图像畸变位移数据和粒子图像数据，并根据所述图像畸变位移数据和所述粒子图像数据计算获得粒子图像速度。
其中，本装置的原理为：第一激光器产生第一激光并射入第一激光调制模块，所述第一激光模块将所述第一激光调制为平行光束并射入光学反射系统，所述光学系统首先将所述平行光束分为第一光束和第二光束，然后使所述第一光束和所述第二光束汇聚于同一平面形成网络结构，所述网格结构即为BOS技术的信标；第二激光器产生第二激光并射入第二激光调制模块，所述第二激光调制模块将所述第二激光调制为第二片光，并使所述第二片光与所述网格结构共面，形成燃烧场测量区域，所述燃烧场测量区域即为PIV技术测量区域和BOS技术测量区域；图像采集模块采集所述燃烧场测量区域的图像，包括畸变图像和测速图像，图像处理模块对所述畸变图像和测速图像进行处理，分别获得图像畸变位移数据和粒子图像数据，并根据所述图像畸变位移数据和所述粒子图像数据计算获得粒子图像速度。
其中，为了获得所述平行光束，所述第一激光调制模块包括第一片光模块和空间光调制模块，所述第一片光模块用于将激光扩束压窄为片光，所述空间光调制模块用于将片光整形为平行光束，所述第一激光先射入所述第一片光模块，经所述第一片光模块扩束压窄后获得第一片光，所述第一片广射入所述空间光调制模块，经所述空间光调制模块整形后获得所述平行光束。
其中，为了获得BOS技术所需要的信标，并使所述信标处于燃烧场中任意位置，所述光学反射系统包括半透半反镜和若干反射镜，所述半透半反镜用于将所述平行光束分为所述第一光束和所述第二光束，所述反射镜用于改变所述平行光束、第一光束和第二光束中任意一个或多个光束的方向，所述平行光束射入所述光学反射系统后，经过所述光学反射系统中所述半透半反镜和所述若干反射镜，被分为第一光束和第二光束，且所述第一光束和所述第二光束汇聚于同一平面形成网络结构。
其中，为了使所述图像采集模块获得的燃烧场测量区域的图像范围更大，所述图像采集模块包括成像透镜和相机，所述成像透镜用于缩小所述燃烧场测量区域的像，使相机获得的所述畸变图像和所述测速图像能够表征更大范围的燃烧场特征。
其中，为了使所述图像采集模块获得的所述畸变图像和所述测速图像在任意时刻能够一一对应，所述第一激光器和所述第二激光器均为脉冲激光器。
其中，为了在所述燃烧场测量区域内区分所述畸变图像和所述测速图像，便于后续处理，所述第一激光和所述第二激光具有不同的波长，所述图像采集模块包括分光模块、第一相机和第二相机，所述分光模块用于将所述燃烧场成像区域中不同波长的光投射至对应的相机，所述第一相机用于获得畸变图像，所述第二相机用于获得测速图像。
为实现上述目的，本发明基于所述粒子图像测速畸变修正装置提供了一种粒子图像测速畸变修正方法，所述方法包括以下步骤：
开启第一激光器，令第一激光通过第一激光调制模块，形成平行光束；
令所述平行光束射入光学反射系统，获得第一光束和第二光束，调节所述光学反射系统，使所述第一光束和第二光束共面，形成网格结构；
开启第二激光器，令第二激光通过第二激光调制模块，形成第二片光，调节片光与所述网格结构共面形成燃烧场测量区域；
放置图像采集模块中的成像透镜，所述成像透镜的光轴与所述燃烧场测量区域垂直，所述燃烧场测量区域的像经所述成像透镜缩小后，射入图像采集模块中的分光模块；
所述分光模块将网格图像与片光图像分别投射至对应的相机，获得若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像；
图像采集模块获得所述若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像，根据所述若干时刻的畸变图像处理获得对应时刻的图像畸变位移数据，根据所述畸变位移数据修正对应时刻的测速图像，获得对应时刻的真实测速图像；
图像处理模块根据所述对应时刻的真实测速图像计算获得粒子图像速度。
其中，本方法的原理为：第一激光器产生第一激光并射入第一激光调制模块，所述第一激光模块将所述第一激光调制为平行光束并射入光学反射系统，所述光学系统首先将所述平行光束分为第一光束和第二光束，然后使所述第一光束和所述第二光束汇聚于同一平面形成网络结构，所述网格结构即为BOS技术的信标；第二激光器产生第二激光并射入第二激光调制模块，所述第二激光调制模块将所述第二激光调制为第二片光，并使所述第二片光与所述网格结构共面，形成燃烧场测量区域，所述燃烧场测量区域即为PIV技术测量区域和BOS技术测量区域；图像采集模块在测量畸变场之前，获得标准网格结构图像，在所述燃烧场测量区域放置火焰，并分别获取畸变图像和测速图像，根据标准网格结构图像和畸变图像获得获取特征点的图像畸变位移数据，计算所述燃烧场测量区域和相机间的畸变信息；将测速图像扣除图像畸变位移数据，最终获得修正后的粒子图像速度。
其中，所述根据所述若干时刻的畸变图像处理获得对应时刻的图像畸变位移数据包括以下步骤：
为了获得所述燃烧场测量区域畸变前特征，获得标准网格结构图像；
为了能够通过测速图像中粒子的位移获得燃烧场中粒子的实际位移，需要计算燃烧场测量区域与测速图像的比例关系，获得所述燃烧场测量区域大小；
所述网格结构作为BOS技术的信标，通过计算所述网格结构中特征点的位移情况获得所述燃烧场的畸变情况，因此，对所述标准网格结构图像进行特征识别，获得第一特征识别结果，根据所述第一特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得第一坐标数据；
对所述若干时刻的畸变图像分别进行特征识别，获得第二特征识别结果，根据所述第二特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得若干时刻的第二坐标数据；
对所述第一坐标数据及所述若干时刻的第二坐标数据进行互相关计算，获得若干时刻的图像畸变位移数据
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
；
所述根据所述畸变位移数据修正对应时刻的测速图像，获得对应时刻的真实测速图像包括以下步骤：
根据所述若干时刻的图像畸变位移数据
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
修正对应时刻的测速图像
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE005
，获得对应时刻的真实速度图像
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE007
，具体方式为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE013
分别为
Figure 798832DEST_PATH_IMAGE002
在x与y方向上的分量。
进一步的，所述根据所述对应时刻的真实测速图像计算获得粒子图像速度，包括以下步骤：
获得t1时刻的第一真实速度图像
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE015
与t2时刻的第二真实速度图像
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
对所述第一真实速度图像
Figure 505888DEST_PATH_IMAGE015
与所述第二真实速度图像
Figure 73136DEST_PATH_IMAGE017
进行互相关计算获得粒子相对位移
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；
根据所述粒子相对位移
Figure 292765DEST_PATH_IMAGE019
计算流场速度粒子图像速度
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure DEST_PATH_IMAGE027
分别为
Figure 335676DEST_PATH_IMAGE019
在x与y方向上的分量，t1为所述第一真实速度图像对应的时刻，t2为所述第二真实速度图像对应的时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为t1与t2的时间差。
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的一种粒子图像测速畸变修正装置及方法，将空间光调制技术与BOS技术相结合，采用网格结构的光作为BOS技术的信标，对燃烧场特定位置进行实时投影，获得燃烧场测量区域的畸变图像和测速图像，通过解算获得光学畸变信息，实现对粒子测速图像的实时修正，克服了传统粒子图像测速畸变修正方法中，基于背景纹影技术测量畸变场时随机点阵图与相机只能放置在燃烧流场两侧，表征的是光线传播方向的全流域畸变场，无法得到特定区域的畸变特性的问题，并实现了畸变场与粒子图像速度的同步测量。
附图说明
图1是本发明中粒子图像测速畸变修正装置激光发生及调制示意图；
图2是本发明中粒子图像测速畸变修正装置图像采集模块示意图；
图3是本发明中图像处理模块处理流程示意图；
其中，1-第一激光器，2-第一片光模块，3-空间光调制模块，4-反射镜，5-半透半反镜，6-燃烧场测量区域，7-第二激光器，8-第二片光模块，9-成像透镜，10-分光模块，11-第一相机，12-第二相机。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
请参考图1和图2，本发明提供了一种粒子图像测速畸变修正装置，所述粒子图像测速畸变装置包括第一激光器、第二激光器、第一激光调制模块、第二激光调制模块、光学反射系统、图像采集模块和图像处理模块，其中：
所述第一激光器用于产生第一激光并射入所述第一激光调制模块；
所述第一激光调制模块用于将所述第一激光调制为平行光束并射入所述光学反射系统；
所述光学反射系统用于首先将所述平行光束分为第一光束和第二光束，然后将所述第一光束和所述第二光束汇聚于同一平面形成网格结构；
所述第二激光器用于产生第二激光并射入所述第二激光调制模块；
所述第二激光调制模块用于将所述第二激光调制为第二片光，所述第二片光与所述网格结构共面形成燃烧场测量区域；
所述图像采集模块用于采集所述燃烧场测量区域的图像，包括畸变图像和测速图像；
所述图像处理模块用于对所述畸变图像和所述测速图像进行处理，分别获得图像畸变位移数据和粒子图像数据，并根据所述图像畸变位移数据和所述粒子图像数据计算获得粒子图像速度。
其中，在本发明实施例中，所述第一激光调制模块包括第一片光模块和空间光调制模块，所述第一激光先射入所述第一片光模块，经所述第一片光模块扩束压窄后获得第一片光，所述第一片光射入所述空间光调制模块，经所述空间光调制模块整形后获得所述平行光束。
其中，所述第一片光模块包括焦距调节单元、若干球面镜和若干柱透镜，其具体组成本实施例在此不做限定。
其中，所述空间光调制模块可以为郎奇光栅或空间光调制器，能够获得不同分辨率的平行光束，本实施例在此不做限定。
其中，所述平行光束的分辨率可以为20线对/mm-100线对/mm，分辨率越大，则获得的图像畸变位移数据越精确，具体分辨率大小根据实际需要确定，本实施例在此不做限定。
其中，在本发明实施例中，所述第二激光调制模块为第二片光模块，所述第二片光模块包括焦距调节单元、若干球面镜和若干柱透镜，其具体组成本实施例在此不做限定。
其中，在本发明实施例中，所述光学反射系统包括半透半反镜和若干反射镜，所述半透半反镜用于将所述平行光束分为所述第一光束和所述第二光束，所述若干反射镜用于改变所述平行光束、第一光束和第二光束中任意一个或多个光束的方向，所述平行光束射入所述光学反射系统后，被分为第一光束和第二光束，且所述第一光束和所述第二光束汇聚于同一平面形成网格结构。
其中，所述若干反射镜使所述第一光束和所述第二光束能够汇聚于任意平面，形成网格结构，所述反射镜具体数量根据实际需要确定，本实施例在此不做限定。
其中，在本发明实施例中，所述图像采集模块包括成像透镜和相机，所述成像透镜光栅与所述燃烧场测量区域所在的面垂直，所述成像透镜用于缩小所述燃烧场测量区域的像，使相机获得的所述畸变图像和所述测速图像能够表征更大范围的燃烧场特征。
其中，在本发明实施例中，所述第一激光器和所述第二激光器均为脉冲激光器，所述第一激光器和所述第二激光器通过同步时序发生器控制同步发出第一激光和第二激光。
其中，在本发明实施例中，所述第一激光和所述第二激光具有不同的波长，所述图像采集模块包括分光模块、第一相机和第二相机，所述分光模块用于将所述燃烧场成像区域中不同波长的光投射至对应的相机，所述第一相机用于获得畸变图像，所述第二相机用于获得测速图像。
其中，所述第一激光和所述第二激光的波长可以为532nm或1064nm或266nm，其具体波长根据实际需要确定，本实施例在此不做限定。
其中，所述分光模块可以为二向色镜、半透半反镜或滤光片，所述分光模块可区分的激光波长与上述第一激光和上述第二激光的波长对应，本实施例在此不做限定。
实施例二
请参考图1-3，本发明提供了一种粒子图像测速畸变修正方法，所述方法基于实施例一所述的一种粒子图像测速畸变修正装置实现，包括以下步骤：
开启第一激光器，令第一激光通过第一激光调制模块，形成平行光束；
令所述平行光束射入光学反射系统，获得第一光束和第二光束，调节所述光学反射系统，使所述第一光束和第二光束共面，形成网格结构；
开启第二激光器，令第二激光通过第二激光调制模块，形成第二片光，调节片光与所述网格结构共面形成燃烧场测量区域；
放置图像采集模块中的成像透镜，所述成像透镜的光轴与所述燃烧场测量区域垂直，所述燃烧场测量区域的像经所述成像透镜缩小后，射入图像采集模块中的分光模块；
所述分光模块将网格图像与片光图像分别投射至对应的相机，获得若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像；
图像采集模块获得所述若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像，根据所述若干时刻的畸变图像处理获得对应时刻的图像畸变位移数据，根据所述畸变位移数据修正对应时刻的测速图像，获得对应时刻的真实测速图像；
图像处理模块根据所述对应时刻的真实测速图像计算获得粒子图像速度。
其中，所述分光模块将网格图像与片光图像分别投射至对应的相机，获得的若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像为畸变视频文件和对应的测速视频文件，所述图像处理模块提取所述畸变视频文件和对应的测速视频文件的每一帧图像，获得若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像。
其中，所述根据所述若干时刻的畸变图像处理获得对应时刻的图像畸变位移数据包括以下步骤：
获得标准网格结构图像，获得所述燃烧场测量区域大小；
对所述标准网格结构图像进行特征识别，获得第一特征识别结果，根据所述第一特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得第一坐标数据；
对所述若干时刻的畸变图像分别进行特征识别，获得第二特征识别结果，根据所述第二特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得若干时刻的第二坐标数据；
对所述第一坐标数据及所述若干时刻的第二坐标数据进行互相关计算，获得若干时刻的图像畸变位移数据
Figure 439898DEST_PATH_IMAGE002
；
所述根据所述畸变位移数据修正对应时刻的测速图像，获得对应时刻的真实测速图像包括以下步骤：
根据所述若干时刻的图像畸变位移数据
Figure 783024DEST_PATH_IMAGE003
修正对应时刻的测速图像
Figure 845658DEST_PATH_IMAGE005
，获得对应时刻的真实速度图像
Figure 657756DEST_PATH_IMAGE007
，具体方式为：
Figure 300090DEST_PATH_IMAGE009
其中，
Figure 576350DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 747569DEST_PATH_IMAGE013
分别为
Figure 109280DEST_PATH_IMAGE002
在x与y方向上的分量。
其中，所述对所述标准网格结构图像进行特征识别，获得第一特征识别结果，根据所述第一特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得第一坐标数据步骤中，所述第一特征识别结果为所述标准网格结构图像中的第一线条，所述第一线条将所述网格结构图像分为若干个小区域，所述第一坐标数据为所述网格图像中所述若干个小区域的中心点坐标或所述第一线条的交点坐标，本实施例在此不做限定。
其中，所述对所述若干时刻的畸变图像分别进行特征识别，获得第二特征识别结果，根据所述第二特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得若干时刻的第二坐标数据步骤中，所述第二特征识别结果为所述畸变图像中的第二线条，所述第二线条将所述畸变图像分为若干个小区域，所述第二坐标数据为所述畸变图像中所述若干个小区域的中心点坐标或所述第二线条的交点坐标，所述第二坐标数据应与上述第一坐标数据对应，本实施例在此不做限定。
其中，对所述第一坐标数据及所述若干时刻的第二坐标数据进行互相关计算，获得若干时刻的图像畸变位移数据
Figure 288062DEST_PATH_IMAGE002
，具体方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure DEST_PATH_IMAGE033
Figure DEST_PATH_IMAGE035
Figure DEST_PATH_IMAGE037
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE039
为互相关函数，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为所述第一坐标数据的集合，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
为所述第二坐标数据的集合，
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为
Figure 12305DEST_PATH_IMAGE041
中任意一点，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为
Figure 620004DEST_PATH_IMAGE043
中与
Figure 406694DEST_PATH_IMAGE045
对应的点，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为随机噪声，在全体实数范围内对所述互相关函数求二重积分，当互相关函数取最大值时获得图像畸变位移数据
Figure 640098DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 828634DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 403972DEST_PATH_IMAGE013
分别为
Figure 677958DEST_PATH_IMAGE002
在x与y方向上的分量。
进一步的，所述根据所述对应时刻的真实测速图像计算获得粒子图像速度，包括以下步骤：
获得t1时刻的第一真实速度图像
Figure 200207DEST_PATH_IMAGE015
与t2时刻的第二真实速度图像
Figure 305566DEST_PATH_IMAGE017
；
对所述第一真实速度图像
Figure 238756DEST_PATH_IMAGE015
与所述第二真实速度图像
Figure 796776DEST_PATH_IMAGE017
进行互相关计算获得粒子相对位移
Figure 857136DEST_PATH_IMAGE019
；
根据所述粒子相对位移
Figure 817002DEST_PATH_IMAGE019
计算流场速度粒子图像速度
Figure 671825DEST_PATH_IMAGE021
，计算公式为：
Figure 185983DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 846771DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 851024DEST_PATH_IMAGE027
分别为
Figure 204645DEST_PATH_IMAGE019
在x与y方向上的分量，t1为所述第一真实速度图像对应的时刻，t2为所述第二真实速度图像对应的时刻，
Figure 674941DEST_PATH_IMAGE029
为t1与t2的时间差。
具体的，本实施例提供了一种基于上述粒子图像测速畸变修正方法的实例，请参考图1和图2，其具体实现包括以下步骤：
S1：第一脉冲激光器产生266nm单色高斯激光，经所述第一激光调制模块中第一片光模块扩束压窄后，形成5mm厚度50mm长度的第一片光；
S2：所述第一片光射入所述第一空间光调制模块，获得100线对/mm的平行光束；
S3：所述平行光束射入所述光学反射系统中的半透半反镜分光形成第一光束和第二光束，通过调节第二反射镜反射角，使所述第一光束和所述第二光束汇聚于空间内某一平面，形成网格结构；
S4：第二脉冲激光器产生532nm单色脉冲激光，经所述第二片光模块扩束压窄后，形成5mm厚度40mm长度的片光，调节片光出射角使其与所述网格结构共面形成燃烧场测量区域；
S5：将燃烧流场放置在所述第二片光内片光内，并使其通过所述燃烧场测量区域；
S6：在所述燃烧场测量区域一侧放置成像透镜，所述成像透镜的光轴与所述燃烧场测量区域垂直，在所述成像透镜远离所述燃烧场测量区域一侧放置266nm/532nm二向色镜，所述二向色镜将所述266nm波长和532nm波长对应的像分别投射至第一相机和第二相机，所述第一相机采集若干时刻的畸变图像，所述第二相机采集对应时刻的测速图像。
S7：图像处理模块根据采集到的若干时刻的畸变图像进行处理，获得图像畸变位移数据，根据所述畸变位移数据修正对应时刻的测速图像，获得对应时刻的真实测速图像；
S8：根据所述对应时刻的真实测速图像进行计算获得粒子图像速度。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种粒子图像测速畸变修正装置，其特征在于，所述粒子图像测速畸变装置包括第一激光器、第二激光器、第一激光调制模块、第二激光调制模块、光学反射系统、图像采集模块和图像处理模块，其中：
所述第一激光器用于产生第一激光并射入所述第一激光调制模块；
所述第一激光调制模块用于将所述第一激光调制为平行光束并射入所述光学反射系统；
所述光学反射系统用于首先将所述平行光束分为第一光束和第二光束，然后将所述第一光束和所述第二光束汇聚于同一平面形成网格结构；
所述第二激光器用于产生第二激光并射入所述第二激光调制模块，所述第一激光和所述第二激光具有不同的波长；
所述第二激光调制模块用于将所述第二激光调制为第二片光，所述第二片光与所述网格结构共面形成燃烧场测量区域；
所述图像采集模块包括分光模块、第一相机和第二相机，所述图像采集模块用于采集所述燃烧场测量区域的图像，其中，所述分光模块用于将所述燃烧场测量区域中不同波长的光投射至对应的相机，所述第一相机用于获得畸变图像，所述第二相机用于获得测速图像；
所述图像处理模块用于对所述畸变图像和所述测速图像进行处理，分别获得图像畸变位移数据和粒子图像数据，并根据所述图像畸变位移数据和所述粒子图像数据计算获得粒子图像速度。
2.根据权利要求1所述的一种粒子图像测速畸变修正装置，其特征在于，所述第一激光调制模块包括第一片光模块和空间光调制模块，所述第一激光射入所述第一片光模块，经所述第一片光模块扩束压窄后获得第一片光，所述第一片光射入所述空间光调制模块，经所述空间光调制模块整形后获得平行光束；所述第二激光调制模块为第二片光模块，所述第二激光射入所述第二片光模块，经所述第二片光模块扩束压窄后获得第二片光。
3.根据权利要求1所述的一种粒子图像测速畸变修正装置，其特征在于，所述光学反射系统包括半透半返镜和若干反射镜。
4.根据权利要求1所述的一种粒子图像测速畸变修正装置，其特征在于，所述图像采集模块包括成像透镜和相机，所述成像透镜用于缩小所述燃烧场测量区域的像。
5.根据权利要求1所述的一种粒子图像测速畸变修正装置，其特征在于，所述第一激光器和所述第二激光器均为脉冲激光器。
6.一种基于权利要求1-5中任意一个所述粒子图像测速畸变修正装置的粒子图像测速畸变修正方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
开启第一激光器，令第一激光通过第一激光调制模块，形成平行光束；
令所述平行光束射入光学反射系统，获得第一光束和第二光束，调节所述光学反射系统，使所述第一光束和第二光束共面，形成网格结构；
开启第二激光器，令第二激光通过第二激光调制模块，形成第二片光，调节片光与所述网格结构共面形成燃烧场测量区域；
放置图像采集模块中的成像透镜，所述成像透镜的光轴与所述燃烧场测量区域垂直，所述燃烧场测量区域的像经所述成像透镜缩小后，射入图像采集模块中的分光模块；
所述分光模块将网格图像与片光图像分别投射至对应的相机，获得若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像；
图像采集模块获得所述若干时刻的畸变图像和对应时刻的测速图像，对所述若干时刻的畸变图像处理获得对应时刻的图像畸变位移数据，根据所述畸变位移数据修正对应时刻的测速图像，获得对应时刻的真实测速图像；
图像处理模块根据所述对应时刻的真实测速图像计算获得粒子图像速度。
7.根据权利要求6所述的一种粒子图像测速畸变修正方法，其特征在于，所述根据所述若干时刻的畸变图像处理获得对应时刻的图像畸变位移数据包括以下步骤：
获得标准网格结构图像，获得所述燃烧场测量区域大小；
对所述标准网格结构图像进行特征识别，获得第一特征识别结果，根据所述第一特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得第一坐标数据；
对所述若干时刻的畸变图像分别进行特征识别，获得第二特征识别结果，根据所述第二特征识别结果及所述燃烧场测量区域大小获得若干时刻的第二坐标数据；
对所述第一坐标数据及所述若干时刻的第二坐标数据进行互相关计算，获得若干时刻的图像畸变位移数据
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
所述根据所述若干时刻的图像畸变位移数据修正对应时刻的测速图像，获得对应时刻的真实测速图像包括以下步骤：
根据所述若干时刻的图像畸变位移数据
Figure DEST_PATH_IMAGE002
修正对应时刻的测速图像
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，获得对应时刻的真实速度图像
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，具体方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure DEST_PATH_IMAGE007
分别为
Figure 102581DEST_PATH_IMAGE001
在x与y方向上的分量。
8.根据权利要求7所述的一种粒子图像测速畸变修正方法，其特征在于，所述根据所述对应时刻的真实测速图像计算获得粒子图像速度，包括以下步骤：
获得t1时刻的第一真实速度图像
Figure DEST_PATH_IMAGE008
与t2时刻的第二真实速度图像
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
对所述第一真实速度图像
Figure 613197DEST_PATH_IMAGE008
与所述第二真实速度图像
Figure 851323DEST_PATH_IMAGE009
进行互相关计算获得粒子相对位移
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；
根据所述粒子相对位移
Figure 371166DEST_PATH_IMAGE010
计算流场速度粒子图像速度
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
和
Figure DEST_PATH_IMAGE014
分别为
Figure 28282DEST_PATH_IMAGE010
在x与y方向上的分量，t1为所述第一真实速度图像对应的时刻，t2为所述第二真实速度图像对应的时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为t1时刻与t2时刻的时间差。
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