CN115113456A - 用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源及可视化装置 - Google Patents

用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源及可视化装置 Download PDF

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Abstract

用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源及可视化装置，属于轻气炮高速撞击阴影成像领域，本发明为解决现有LED光源不均匀，无法满足轻气炮高速撞击阴影成像要求的问题。本发明矩形光源包括反光板、一号LED光源、二号LED光源和反光罩，反光罩为上下板、左右板和后板围成的前端开口的箱体，该该箱体的后板为向后凸起的弧形板，箱体的左右板对称嵌入一号LED光源和二号LED光源，两块反光板呈钝角夹角固定在一起，且对称安装在箱体内后板上，两块反光板的迎光面分别与两个LED光源的出光面相对，两个LED光源输出的光分别经两块反光板反射、会聚后由前端开口输出矩形光。还提供一种采用矩形光源的可视化装置。

Description

用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源及可视化装置
技术领域
本发明涉及一种聚光、亮度高且均匀柔和的矩形光源，属于轻气炮高速撞击阴影成像领域。
背景技术
随着我国航天技术、武器装备和基础学科的发展，涉及超高速空气动力学、超高速撞击、爆炸与冲击等领域的研究不断深入。在这些研究工作中，伴随着的是持续时间很短的瞬态变化过程,需要高速数字可视化系统对这一过程进行清晰、连续地成像记录,以便掌握其物理的本质。高速数字可视化系统，除了摄像仪器的幅频要求很高以外，还须有效的光源保证曝光的强度，确保获得的图像分辨率足够高，提高图像清晰度，减小图像模糊失真。
目前，国内外相关研究主要采用大功率高频近红外激光光源，属于不可见光，易于灼伤致盲，价格昂贵，一套光源需要40多万人民币。一般阴影成像常用大功率高亮度的LED光源，但其圆形光斑亮度不均匀，没有会聚效应，进而造成高速撞击的弹靶相互作用对比度不高模糊阴影成像的不良结果，尤其对于具有矩形长视野矩形光学窗口的靶舱，不能提供均匀柔和的背景，实现高对比度的阴影成像，因此，本领域技术人员并不能将高亮度LED灯直接有效地应用于阴影成像技术。
因此，针对以上不足，需要提供一种低成本的LED光源，使其尤其适用于轻气炮高速撞击阴影成像，能够输出矩形光源，与靶舱的矩形长视野矩形光学窗口相匹配，且要求输出光源不但具有会聚效应、亮度高，还要均匀柔和，以实现高对比度的阴影成像。
发明内容
针对现有LED光源不均匀，无法满足轻气炮高速撞击阴影成像要求的问题，本发明提供一种用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源及可视化装置。
本发明所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源，包括反光板1、一号LED光源2、二号LED光源8和反光罩3，反光罩3为上下板、左右板和后板围成的前端开口的箱体，该箱体的上下板为相互平行的平板，该箱体的后板3-1为向后凸起的弧形板，该箱体的左右板3-2为相互平行的平板，箱体的左右板3-2对称嵌入一号LED光源2和二号LED光源8，两块反光板1呈钝角夹角固定在一起，且对称安装在箱体内后板3-1上，两块反光板1的迎光面分别与一号LED光源2和二号LED光源8的出光面相对，两个LED光源输出的光分别经两块反光板1反射、会聚后由前端开口输出矩形光。
优选地，两个反光板1的迎光面和反光罩3内表面都粘贴有正投反光的麦拉膜，两个LED光源输出的光经两块反光板1及反光罩3的后板3-1反射、会聚后由前端开口输出矩形光。
优选地，两个反光板1呈钝角夹角为120度，两个LED光源同轴且轴线与反光板1的夹角为150度。
优选地，一号LED光源2、二号LED光源8选用色温为3700K-5000k可调，照度40000-180000Lux可调的高亮度LED灯。
本发明另一方面，提供一种用于轻气炮高速撞击阴影成像的可视化装置，该可视化装置采用所述的矩形光源实现，包括矩形光源、扩散介质4、一号矩形光学窗口5、二号矩形光学窗口9、高速数字相机7、弹体6和轻气炮靶舱10；
一号矩形光学窗口5和二号矩形光学窗口9相对设置在轻气炮靶舱10的光入口和光出口，弹体6在轻气炮靶舱10的飞行方向与经过两个光学窗口的光线垂直；
矩形光源的光输出侧正对一号矩形光学窗口5，在一号矩形光学窗口5的光输入侧表面设置扩散介质4，高速数字相机7设置在轻气炮靶舱10外部，且正对二号矩形光学窗口9；
矩形光源输出的光经扩散介质4、一号矩形光学窗口5及二号矩形光学窗口9进入高速数字相机7，高速数字相机7用于记录轻气炮靶舱10内弹体6和弹靶的相互作用阴影成像。
优选地，扩散介质4选用硫酸纸，所述硫酸纸粘贴在一号矩形光学窗口5的光输入侧表面。
本发明的有益效果：本发明阴影成像系统所使用高亮度LED灯可以在市场上购买到，其成本远低于高频近红外激光光源，LED光源本身是一种具有极高亮度的光源，色温为3700K-5000k可调左右，照度40000-180000Lux可调；本发明利用反光罩将相对设置的两个高亮度LED光源反射会聚、并输出均匀柔和的矩形光源，与靶舱的矩形长视野矩形光学窗口相匹配，实现高对比度的阴影成像，本发明为研究轻气炮高速弹体与靶件的相互作用等的研究提供了有效的实验技术手段，其具有结构简单、聚光、亮度高和均匀等独有的特点，适用于在实验室矩形长视野光学窗口的靶舱系统开展弹体与靶件高速撞击高速数字阴影成像的可视化实验研究。
本发明用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源及可视化装置的成本低廉，利用于市场推广。
附图说明
图1是本发明所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的可视化装置的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源的反光罩立体结构示意图。
1-反光板，2-一号LED光源，3-反光罩，3-1、后板，3-2、左右板；
4-扩散介质，5-一号矩形光学窗口，6-弹体，7-高速数字相机，8-二号LED光源，9-二号矩形光学窗口，10-轻气炮靶舱。
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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
具体实施方式一：下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源，包括反光板1、一号LED光源2、二号LED光源8和反光罩3，反光罩3为上下板、左右板和后板围成的前端开口的箱体，该箱体的上下板为相互平行的平板，该箱体的后板3-1为向后凸起的弧形板，该箱体的左右板3-2为相互平行的平板，箱体的左右板3-2对称嵌入一号LED光源2和二号LED光源8，两块反光板1呈钝角夹角固定在一起，且对称安装在箱体内后板3-1上，两块反光板1的迎光面分别与一号LED光源2和二号LED光源8的出光面相对，两个LED光源输出的光分别经两块反光板1反射、会聚后由前端开口输出矩形光。
进一步，两个反光板1的迎光面和反光罩3内表面都粘贴有正投反光的麦拉膜，两个LED光源输出的光经两块反光板1及反光罩3的后板3-1反射、会聚后由前端开口输出矩形光。本实施方式中，两个LED光源输出的光不但经过两块反光板1反射，钝角关系，该光线被两块反光板1反射后呈会聚状态输出；两个LED光源输出的光还经过弧形的后板3-1反射，由于其弧形设置也呈会聚状态输出；同时，反光罩3其它内表面也粘贴有正投反光的麦拉膜，对散射的光线进行反射，对一部分会聚后打到其上的光线进行反射，这样经过多次反射的光线会变得均匀柔和。
给出一个实施例，一号LED光源2、二号LED光源8选用色温为3700K-5000k可调，照度40000-180000Lux可调的高亮度LED灯。两块反光板1呈钝角夹角为120度，两个LED光源同轴且轴线与反光板1的夹角为150度。
具体实施方式二：下面结合图1至3说明本实施方式，本实施方式所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的可视化装置，该可视化装置采用权利要求1至3任一权利要求所述的矩形光源实现，其特征在于，包括矩形光源、扩散介质4、一号矩形光学窗口5、二号矩形光学窗口9、高速数字相机7、弹体6、轻气炮靶舱10和靶件(未示出)；
一号矩形光学窗口5和二号矩形光学窗口9相对设置在轻气炮靶舱10的光入口和光出口，弹体6在轻气炮靶舱10的飞行方向与经过两个光学窗口的光线垂直，一号矩形光学窗口5和二号矩形光学窗口9与弹体6飞行方向平行；
矩形光源的光输出侧正对一号矩形光学窗口5，在一号矩形光学窗口5的光输入侧表面设置扩散介质4，高速数字相机7设置在轻气炮靶舱10外部，且正对二号矩形光学窗口9；
矩形光源输出的光经扩散介质4、一号矩形光学窗口5及二号矩形光学窗口9进入高速数字相机7，高速数字相机7用于记录轻气炮靶舱10内弹体6和弹靶的相互作用阴影成像，高速数字相机7的相机镜头与弹体6的飞行方向垂直。
扩散介质4选用硫酸纸，所述硫酸纸粘贴在一号矩形光学窗口5的光输入侧表面，矩形光源输出的光线经过硫酸纸的漫反射使光线更柔和后再进入轻气炮靶舱10内。
给出一个实施例，两个高亮度的矩形光源的一号LED光源2、二号LED光源8选用色温为3700K-5000k可调，照度40000-180000Lux可调的高亮度LED灯，相对安装在反光罩3的左右板上，光往罩里照射。两块反光板1呈钝角夹角为120度，两个LED光源同轴且轴线与反光板1的夹角为150度，以便实现把反射光会聚到高速数字相机的观测角度内，高对比度阴影成像。
矩形光源的矩形开口顺着轻气炮靶舱10的轴线方向正对着一号矩形光学窗口5，一号矩形光学窗口5及二号矩形光学窗口9的高260mm、长480mm，
本发明为研究轻气炮高速弹体与靶件的相互作用等的研究提供了有效的实验技术手段，其具有结构简单、聚光、亮度高和均匀等独有的特点，适用于在实验室矩形长视野光学窗口的靶舱系统开展弹体与靶件高速撞击高速数字阴影成像的可视化实验研究。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其它所述实施例中。

Claims (6)

1.用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源，其特征在于，包括反光板(1)、一号LED光源(2)、二号LED光源(8)和反光罩(3)，反光罩(3)为上下板、左右板和后板围成的前端开口的箱体，该箱体的上下板为相互平行的平板，该箱体的后板(3-1)为向后凸起的弧形板，该箱体的左右板(3-2)为相互平行的平板，箱体的左右板(3-2)对称嵌入一号LED光源(2)和二号LED光源(8)，两块反光板(1)呈钝角夹角固定在一起，且对称安装在箱体内后板(3-1)上，两块反光板(1)的迎光面分别与一号LED光源(2)和二号LED光源(8)的出光面相对，两个LED光源输出的光分别经两块反光板(1)反射、会聚后由前端开口输出矩形光。
2.根据权利要求1所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源，其特征在于，两个反光板(1)的迎光面和反光罩(3)内表面都粘贴有正投反光的麦拉膜，两个LED光源输出的光经两块反光板(1)及反光罩(3)的后板(3-1)反射、会聚后由前端开口输出矩形光。
3.根据权利要求1所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源，其特征在于，两个反光板(1)呈钝角夹角为120度，两个LED光源同轴且轴线与反光板(1)的夹角为150度。
4.根据权利要求1所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的矩形光源，其特征在于，一号LED光源(2)、二号LED光源(8)选用色温为3700K-5000k可调，照度40000-180000Lux可调的高亮度LED灯。
5.用于轻气炮高速撞击阴影成像的可视化装置，该可视化装置采用权利要求1至3任一权利要求所述的矩形光源实现，其特征在于，包括矩形光源、扩散介质(4)、一号矩形光学窗口(5)、二号矩形光学窗口(9)、高速数字相机(7)、弹体(6)和轻气炮靶舱(10)；
一号矩形光学窗口(5)和二号矩形光学窗口(9)相对设置在轻气炮靶舱(10)的光入口和光出口，弹体(6)在轻气炮靶舱(10)的飞行方向与经过两个光学窗口的光线垂直；
矩形光源的光输出侧正对一号矩形光学窗口(5)，在一号矩形光学窗口(5)的光输入侧表面设置扩散介质(4)，高速数字相机(7)设置在轻气炮靶舱(10)外部，且正对二号矩形光学窗口(9)；
矩形光源输出的光经扩散介质(4)、一号矩形光学窗口(5)及二号矩形光学窗口(9)进入高速数字相机(7)，高速数字相机(7)用于记录轻气炮靶舱(10)内弹体(6)和弹靶的相互作用阴影成像。
6.根据权利要求5所述用于轻气炮高速撞击阴影成像的可视化装置，其特征在于，扩散介质(4)选用硫酸纸，所述硫酸纸粘贴在一号矩形光学窗口(5)的光输入侧表面。
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