CN115914842A - 一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置及方法，所述脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置包括液相高压脉冲放电发生单元和等离子体通道图像单目捕集单元，液相高压脉冲放电发生单元不锈钢放电室，放电室内部固定圆板状接地电极，放电室外侧布置两处透明观察窗，放电室顶盖中心处穿设有高压电极，本发明通过拍摄标定板多角度单目图像，控制拍摄位置及参数，并完成放电等离子体通道多角度图像的单目捕集，基于单目图像捕集原理，有效实现多角度图像捕集的实时性和同步性，为实现放电等离子体通道三维图像分析提供核心基础条件。

Description

一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置及方法

技术领域

本发明涉及废物破碎回收技术领域，特别是一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置及方法。

背景技术

液相高压脉冲放电等离子体技术是在液相（一般为水介质）施加高电压，造成液相击穿的一种放电形式。液相高压脉冲放电作用过程中能够形成局部力、热、电、声、光等各种理化效应，已在众多领域得到广泛应用。但由于放电作用过程极短（微秒级），放电环境具有巨大电磁干扰，针对放电过程等离子体通道的直接研究装置及方法尚不完善，影响了对液相高压脉冲放电技术的应用优化。

目前针对液相高压脉冲放电等离子体通道的研究一般基于二维图像分析方法，相关研究更侧重于对放电效果的考量，其分析受制于二维图像序列，难以精确反映等离子体通道的真实形态和特性，亟待通过进一步实现其三维信息特征的采集，强化本领域的研究技术和方法。

放电等离子体通道三维图像重构的核心基础是能够实现放电作用同时，完成多角度放电通道图像的同步采集，从而利用现代图像处理技术，进而完成图像特征匹配、畸变修正、深度计算等，最终实现等离子体通道的三维图像重构，而如何实现放电等离子体通道多角度图像同步捕集成为了当前本领域研究的重点内容，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置及方法，基于单目视觉图像捕捉原理，以多通道光路反射成像，实现对放电等离子体通道图像的捕集，并进一步基于现代图像分析处理手段，达到对等离子体通道三维图像重构的研究目的。

实现上述目的本发明的技术方案为：一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，包括：液相高压脉冲放电发生单元，所述液相高压脉冲放电发生单元包括不锈钢放电室，所述不锈钢放电室内部固定圆板状接地电极，所述不锈钢放电室外侧布置两处透明观察窗；所述不锈钢放电室顶盖中心处穿设有高压电极，所述高压电极连接高压电源；所述高压电极布置在所述接地电极上方；所述不锈钢放电室通过导线接地；所述高压电极处布置标定板，所述标定板布置于所述接地电极上方。

上述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，还包括等离子体通道图像单目捕集单元，其技术要点是：所述等离子体通道图像捕集单元包括布置在所述高压电源连接的高压探头；所述高压探头连接示波器；所述示波器连接同步控制器；所述同步控制器连接高速摄像机；所述高速摄像机输出端连接PC机；所述高速摄像机布置于放电室观察窗外侧，所述高速摄像机和放电室观察窗中间布置光学平面镜；所述光学平面镜反射放电室观察窗中产生的放电等离子体通道图像。

上述透明观察窗采用透明亚克力。

上述高压电极采用钨铜金属棒。

上述接地电极采用不锈钢圆形金属板。

本发明的另一目的还公开了一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集的方法，包括以下步骤：

（1）在放电室内部接地电极上方放置图像标定板，保证能够从两侧观察窗内清晰观察到标定板；

（2）调节观察窗外部光学平面镜位置，使标定板不同角度图像能够出现在平面镜同一视野内；

（3）调节高速摄像机至拍摄放电通道的拍摄参数，并手动拍摄视野内不同角度图像标定板图像，捕集到的图像保存于PC机中；

（4）标定板图像拍摄完成，取出标定板，放入高压电极，调节高压电极与接地电极位置，使其能够清晰出现在放电室两处观察窗中；

（5）连接高压电源、高压探头、示波器、同步控制器、高速摄像机及PC机；

（6）当高压电极与接地电极发生放电击穿时，高压探头采集放电电压信号，示波器接收电压信号并发送给同步控制器，同步控制器控制高速摄像机启动拍摄完成图像捕集，捕集到的图像保存于PC机中。

上述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集的方法步骤（1）~（3）得到的标定板多角度单目图像，通过现代图像分析处理手段，实现图像标定、畸变修正、特征匹配、深度计算，从而获得对三维图像重构的分析处理过程。

上述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集的方法步骤（4）~（6）得到的放电等离子体通道多角度单目图像，基于上述标定板图像三维重构的分析处理过程，实现放电等离子体通道的三维图像重构。

利用本发明的技术方案制作的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置及方法，

（1）通过布置放电室观察窗位置，实现放电通道不同角度图像在同一视野内生成，并通过单一高速摄像机完成图像捕捉，有效完成放电等离子体三维通道分析基础条件的同时，相较于多摄像机同步拍摄，其整体设备结构更为简易，经济性更好。

（2）通过采集放电时瞬时电压信号实现高速摄像机的拍摄启动，保证图像采集的实时性和同步性。

（3）等离子通道产生于不锈钢放电室内部，不会影响高速摄像机拍摄图像的效果，也有效规避高压放电的强电磁干扰，具有良好的实用性和经济性。

附图说明

图1为本发明的设备布置结构示意图。

图2为利用本发明所述装置拍摄的标定板多角度单目图像。

图中：1、高压电极；2、不锈钢放电室；3、接地电极；4、标定板；5、观察窗；6、高压电源；7、高压探头；8、示波器；9、同步控制器；10、PC机；11、高速摄像机；12、光学平面镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。

实施例：如图1所示，该脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，包括液相高压脉冲放电发生单元和等离子体通道多角度图像单目捕集单元。

其中，液相高压脉冲放电发生单元包括不锈钢放电室2，不锈钢放电室2内部固定圆板状接地电极3，不锈钢放电室2外侧布置两处透明观察窗5；不锈钢放电室2顶盖中心处穿设有高压电极1，高压电极1连接高压电源6；高压电极1布置在接地电极3上方；不锈钢放电室2通过导线接地；高压电极1处布置标定板4，标定板4布置于接地电极3上方。

等离子体通道图像单目捕集单元包括布置在高压电源6连接的高压探头7；高压探头7连接示波器8；示波器8连接同步控制器9；同步控制器9连接高速摄像机11；高速摄像机11输出端连接PC机10；高速摄像机11布置于放电室观察窗5外侧，高速摄像机11和放电室观察窗5中间布置光学平面镜12；光学平面镜12反射放电室观察窗5中产生的放电等离子体通道图像。

采用上述装置实现脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集的方法，如下：在放电室2内部接地电极3上方放置图像标定板4，保证能够从两侧观察窗5内清晰观察到标定板4；调节观察窗5外部光学平面镜12位置，使标定板4不同角度图像能够出现在平面镜12同一视野内；调节高速摄像机11至拍摄放电通道的拍摄参数，并手动拍摄视野内不同角度图像标定板4图像，捕集到的图像保存于PC机10中，如图2所示；标定板4图像拍摄完成，取出标定板4，放入高压电极1，调节高压电极1与接地电极3位置，使其能够清晰出现在放电室两处观察窗5中；连接高压电源6、高压探头7、示波器8、同步控制器9、PC机10及高速摄像机11；当高压电极1与接地电极3发生放电击穿时，高压探头7采集放电电压信号，示波器8接收电压信号并发送给同步控制器9，同步控制器9控制高速摄像机11启动拍摄完成图像捕集，捕集到的图像保存于PC机10中。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，其特征在于，包括：液相高压脉冲放电发生单元和等离子体通道图像单目捕集单元；

所述液相高压脉冲放电发生单元包括：不锈钢放电室，所述不锈钢放电室内部固定圆板状接地电极，所述不锈钢放电室外侧布置两处透明观察窗；所述不锈钢放电室顶盖中心处穿设有高压电极，所述高压电极连接高压电源；所述高压电极布置在所述接地电极上方；所述不锈钢放电室通过导线接地；所述高压电极处布置标定板，所述标定板布置于所述接地电极上方。

2.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，其特征在于，所述等离子体通道图像单目捕集单元包括：布置在所述高压电源连接的高压探头；所述高压探头连接示波器；所述示波器连接同步控制器；所述同步控制器连接高速摄像机；所述高速摄像机输出端连接PC机；所述高速摄像机布置于放电室观察窗外侧，所述高速摄像机和放电室观察窗中间布置光学平面镜；所述光学平面镜反射放电室观察窗中产生的放电等离子体通道图像。

3.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，其特征在于，所述透明观察窗采用透明亚克力。

4.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，其特征在于，所述高压电极采用钨铜金属棒。

5.根据权利要求1所述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集装置，其特征在于，所述接地电极采用不锈钢圆形金属板。

6.一种脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在放电室内部接地电极上方放置图像标定板，保证能够从两侧观察窗内清晰观察到标定板；

（2）调节观察窗外部光学平面镜位置，使标定板不同角度图像能够出现在平面镜同一视野内；

（3）调节高速摄像机至拍摄放电通道的拍摄参数，并手动拍摄视野内不同角度图像标定板图像，捕集到的图像保存于PC机中；

（4）标定板图像拍摄完成，取出标定板，放入高压电极，调节高压电极与接地电极位置，使其能够清晰出现在放电室两处观察窗中；

（5）连接高压电源、高压探头、示波器、同步控制器、高速摄像机及PC机；

（6）当高压电极与接地电极发生放电击穿时，高压探头采集放电电压信号，示波器接收电压信号并发送给同步控制器，同步控制器控制高速摄像机启动拍摄完成图像捕集，捕集到的图像保存于PC机中。

7.根据权利要求6所述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集的方法，其特征在于，步骤（1）~（3）得到的标定板多角度单目图像，通过现代图像分析处理手段，实现图像标定、畸变修正、特征匹配、深度计算，从而获得对三维图像重构的分析处理过程。

8.根据权利要求7所述的脉冲放电等离子体通道多角度图像单目捕集的方法，其特征在于，步骤（4）~（6）得到的放电等离子体通道多角度单目图像，基于权利要求7所述标定板图像三维重构的分析处理过程，实现放电等离子体通道的三维图像重构。

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