CN209311042U - 高速风洞序列化流动图像的拍摄系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，系统通过至少两个激光器发出多束激光多次照亮所述高速风洞流场，至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头进行至少两次曝光，分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，每个CCD摄像头进行一次曝光获得一张示踪粒子的图像，则每个CCD摄像头进行至少两次曝光获得至少两张示踪粒子的图像，系统包括至少两个CCD摄像头，则系统至少可以获得四张示踪粒子的图像，故解决了现有技术无法获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像的技术问题，达到了获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像技术效果。

Description

高速风洞序列化流动图像的拍摄系统

技术领域

本实用新型涉及空气动力学领域，具体而言，涉及一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统。

背景技术

超声速、高超声速流场结构的显示与测量，是超声速、高超声速流动机理研究中非常重要的内容；为深入研究超声速、高超声速流动机理，不仅需要获得某一时刻下超声速、高超声速流动的空间结构，还需要获得不同时刻下流动结构变化图像(时间演化特性)，以研究流动结构随时间的发展变化规律，为高速飞行器的设计和面临的相关空气动力学难题的解决提供理论依据。

传统的能够满足超声速、高超声速流场结构时间演化特性测量的测试技术，第一类是用高重复频率激光光源配合高速摄影相机获得超声速、高超声速流场结构的连续图像的方法；第二类是采用多腔激光器配合超高速相机获得超声速、高超声速流场结构的连续图像的方法。但是第一类方法，高重复频率激光光源可以在极短时间内多次发光照明(间隔微秒量级，脉冲数几十个)，但单次发光的能量都比较低，导致示踪粒子散射信号微弱，流场结构成像信噪比很低，无法获得清晰的结构图像。对于第二类方法，要实现多个激光器并联在技术实现上技术门槛高，很少有成熟的这类商业激光器可以购买，超高速相机以及专门定制激光器都是成本高昂，还受到国外禁售的限制。

最近，广泛采用的粒子图像速度场技术(Particle Image Velocimetry，PIV)，已经在超声速/高超声速流动中得到成熟的应用，成熟的测试设备，PIV系统成本相对低廉，但不能获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，其旨在获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，所述系统包括：

相互连接的纳米粒子发生器和同步控制器；所述同步控制器用于控制所述纳米粒子发生器向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；

所述系统还包括：与所述同步控制器连接的至少两个CCD摄像头和至少两个激光器；

所述同步控制器还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器；

所述至少两个激光器用于在接收到所述至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于，控制所述至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。

可选的，所述系统还包括：

与所述同步控制器和所述至少两个CCD摄像头连接的电子设备，所述电子设备用于发出控制指令至所述同步控制器，以控制所述同步控制器按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号。

可选的，所述至少两个CCD摄像头用于按照第四预定脉冲时序依次将所述多张图像发送至所述电子设备，以使所述电子设备存储所述多张图像。

可选的，所述至少两个激光器至少包括第一激光器和第二激光器，所述至少两个CCD摄像头至少包括第一CCD摄像头和第二CCD摄像头；所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一CCD摄像头和所述第二CCD摄像头与所述同步控制器连接；所述至少两个控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号；

所述同步控制器具体用于在接收到控制指令后，发出第一控制信号至所述第一激光器；

所述第一激光器用于在所述同步控制器发出第一控制信号第一预设时间时，发出第一激光，以实现第一次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第二激光，以实现第二次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于，在发出所述第一控制信号后经过第三预设时间，发出第二控制信号至所述第二激光器；

所述第二激光器用于在所述同步控制器发出第二控制信号第一预设时间时，发出第三激光，以实现第三次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第四激光，以实现第四次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于在发出第一控制信号第四预设时间后，控制所述第一CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第一次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第一帧图像；并在所述第一CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第一CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第二次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第二帧图像；

所述同步控制器还用于在发出第二控制信号经过第四预设时间后，控制所述第二CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第三次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第三帧图像；并在所述第二CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第二CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第四次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第四帧图像。

可选的，所述第一CCD摄像头还用于在完成第一次曝光时，将所述第一帧图像转移至所述第一CCD摄像的寄存器，在完成第一次曝光第六预定时间时，第一CCD摄像头将所述第一帧图像发送至所述电子设备，在所述第一CCD摄像头完成第二次曝光时，将所述第二帧图像转移至所述第一CCD摄像的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，所述第一CCD摄像头将所述第二帧图像发送至所述电子设备；所述第二CCD摄像头还用于在完成第二次曝光时，将所述第三图像转移至所述第二CCD摄像头的寄存器，在完成第二次曝光第六预定时间时，将所述第三帧图像发送至所述电子设备，在所述第二CCD摄像头完成第二次曝光时，将所述第四帧图像转移至所述第二CCD摄像的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，所述第二CCD摄像头将所述第四帧图像发送至所述电子设备。

可选的，所述系统还包括：与所述至少两个激光器的连接的合束装置；

所述合束装置用于将所述至少两个激光器发出的多束激光进行空间矫正，以使所述多束激光照明流场的空间位置相同。

可选的，所述系统还包括光臂，所述光臂与所述合束装置连接，用于将所述合束装置进行矫正后的多束激光传输至所述高速风洞流场，以使照亮所述高速风洞流场。

可选的，所述系统还包括片光镜头；

所述片光镜头和所述合束装置通过所述光臂连接；

所述光臂具体用于将所述合束装置进行矫正后的多束激光传输至所述片光镜头，所述片光镜头用于对所述光臂传输的多束激光进行片光，以使每束激光发散形成线状细长光条的激光照亮所述高速风洞流场。

可选的，所述系统还包括光电快门，所述光电快门与所述同步控制器连接；所述同步控制器还用于在所述第一CCD摄像头进行第二次曝光且获得所述第二帧图像时，控制所述光电快门关闭，以阻挡光线再进入所述第一CCD摄像头。

可选的，所述至少两个激光器还包括第三激光器，所述至少两个CCD摄像头还包括第三CCD摄像头；所述第三激光器和所述第三CCD摄像头与所述同步控制器连接；所述至少两个控制信号还包括第三控制信号；

所述同步控制器还用于，在发出所述第二控制信号后经过第三预设时间，发出第三控制信号至所述第三激光器；

所述第三激光器用于在所述同步控制器发出第三控制信号第一预设时间时，发出第五激光，以实现第五次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第六激光，以实现第六次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于在发出第三控制信号经过第四预设时间后，控制所述第三CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第五次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第五帧图像；并在所述第三CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第三CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第六次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第六帧图像。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，所述系统包括：相互连接的纳米粒子发生器和同步控制器；同步控制器用于控制纳米粒子发生器向高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；系统还包括：与同步控制器连接的至少两个CCD摄像头和至少两个激光器；同步控制器还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器；至少两个激光器用于在接收到至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；同步控制器还用于控制至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。至少两个激光器发出多束激光多次照亮所述高速风洞流场，至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，每个CCD摄像头进行一次曝光获得一张示踪粒子的图像，则每个CCD摄像头进行至少两次曝光获得至少两张示踪粒子的图像，系统包括至少两个CCD摄像头，则系统至少可以获得四张示踪粒子的图像。因此，解决了现有技术无法获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像的技术问题，达到了获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像技术效果。

本实用新型实施例的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本实用新型实施例提供的一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统100的方框结构示意图。

图2示出了本实用新型实施例提供的一种高速风洞序列化流动图像的拍摄控制时序图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

对于超声速、高超声速流动空间结构的测量，现有的主要方法包括纹影、阴影、干涉、滤波瑞利散射(FRS)和激光诱导荧光(PLIF)等方法(范洁川，《近代流动显示技术》，国防工业出版社，2002)。超声速流动结构具有明显的三维特性，而纹影、阴影和干涉等方法只适合于二维或轴对称流动的测量，使得上述技术在测量超声速三维流动结构上受到限制。FRS和PLIF技术可以实现三维流动结构的测量，但是这类技术存在图像信噪比低，图像空间分辨率低等不足，无法满足测量超声速、高超声速流动三维精细结构的要求。文章《基于纳米粒子的超声速流动成像》(赵玉新等，中国科学E辑，技术科学，2009，39(12))提出了一种采用纳米粒子示踪粒子，用于超声速、高超声速流动结构测量的方法(简称为NPLS技术)。该技术不仅可以用于对三维流场的测量，同时具有高信噪比，高空间分辨率等特点，可以满足对超声速、高超声速流动测量的要求。

对于超声速、高超声速流动结构时间演化特性的测量，目前实验测量方法面临极大挑战。由于超声速、高超声速流动具有运动速度快的特点，要获取系列化具有时间相关性的流动图像，这就要求获取相关图像之间的时间间隔要足够小(一般为微秒量级)。对于成像系统，传统的低速相机根本无法满足测量要求，目前高速摄影仪是一种可以获取时间间隔达微秒量级的系列化图像的测量设备，但是高速摄影仪一般采用连续光源成像，由于超声速、高超声速流动在微秒量级的曝光时间内存在较大位移的运动，导致了获取的图像出现模糊的现象，从而无法得到流动的精细结构。另外，高速摄影仪是以牺牲图像分辨率的代价来获取系列化图像，成像速率越高，单幅图像分辨率越低，这也使得高速摄影仪也无法获取流动的精细结构。目前开发的超高速相机，可以在不降低图像分辨率的同时，在极短时间间隔获取多幅图像(目前产品可以获取8幅图像)，但这类产品成本非常高，而且大部分属于国外对中国的禁售产品，购买非常困难。

另一方面，超声速、高超声速空气流动无色透明，想要实现流场的可视化测量，传统采用的方法是加入微小颗粒跟随流体一起运动，通过微小颗粒进行流场示踪显示，如烟线法。对于超声速、高超声速流场，由于流场存在激波等强速度变化流场，传统用于低速流动的微米尺度粒子不能满足流场示踪要求，需要粒子直径在亚微米或纳米尺度粒子进行示踪。根据粒子散射成像原理，要实现对如此小尺度粒子的可视化成像，需要很强的照明光强，目前一般采用高能量脉冲激光光源(连续激光光源不能满足高能量的要求)。对于流场结构时间演化特性测量，需要在极短时间间隔内实现多次激光照明(高重复频率)，同时还要保证激光具备足够的能量。

当前能够满足超声速、高超声速流场结构时间演化特性测量的测试技术，一类是用高重复频率激光光源配合高速摄影相机以获得高频的多张连续时间序列的图像；另一类采用多腔激光器配合超高速相机的方式获得高频的多张连续时间序列的图像。

然而，对于高重复频率激光光源配合高速摄影相机的方式，高重复频率激光光源可以在极短时间内多次发光照明(间隔微秒量级，脉冲数几十个)，但单次发光的能量都比较低，导致示踪粒子散射信号微弱，流场结构成像信噪比很低，无法获得清晰的结构图像。对于多腔激光器配合超高速相机的方式，要实现多个激光器并联在技术实现上技术门槛较高。目前，很少有成熟的这类商业激光器可以购买，一般都是专门定制激光器，但这种定制的激光器成本高昂；另外配合使用的超高速相机同样成本高昂，还受到国外禁售的限制。

当前广泛采用的粒子图像速度场技术(PIV)，已经在超声速/高超声速流动中得到成熟的应用，但该技术只能获得两幅时间相关的流动结构图像。作为成熟的测试设备，PIV系统成本相对低廉，因此以现有PIV系统为基础，开发实现可以获取多幅时间相关流场结构图像的系统，是一种有效的途径。

本实用新型实施例提供了本实用新型实施例提供了一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用以解决现有技术无法获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像的技术问题。

实施例

本实用新型实施例提供的一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，如图1所示，系统包括相互连接的纳米粒子发生器110和同步控制器120，以及同步控制器120连接的至少两个CCD摄像头130和至少两个激光器140。其中，同步控制器120用于控制纳米粒子发生器110向高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子。同步控制器120还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至至少两个激光器140。至少两个激光器140用于在接收到至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮高速风洞流场。同步控制器120还用于控制至少两个CCD摄像头130中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮高速风洞流场时高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。为了保证至少两个CCD摄像头130中的每个CCD摄像头获得高速风洞流场内的示踪粒子的多张图像，同步控制器120在纳米粒子发生器110向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至至少两个激光器140。

通过采用以上方案，本实用新型实施例提供的一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统100，至少两个激光器140在纳米粒子发生器110向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子后，发出多束激光多次照亮所述高速风洞流场，至少两个CCD摄像头130中的每个CCD摄像头进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，每个CCD摄像头进行一次曝光获得一张示踪粒子的图像，则每个CCD摄像头进行至少两次曝光获得至少两张示踪粒子的图像，系统包括至少两个CCD摄像头130，则系统至少可以获得四张示踪粒子的图像。解决了现有技术无法获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像的技术问题，达到了获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像技术效果。同时，通过价格较低的至少两个激光器140和至少两个CCD摄像头130配合获得高速风洞流场内的示踪粒子的图像，使得系统成本低，通过同步控制器120对至少两个激光器140和至少两个CCD摄像头130的工作时序使得系统效率高。

作为一种可选的实施方式，所述系统还包括：与同步控制器120和至少两个CCD摄像头130连接的电子设备150，电子设备150用于发出控制指令至同步控制器120，以控制同步控制器120按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号。其中，电子设备150包括一个或者多个存储在计算机内的模块。电子设备150还用于发出控制指令至同步控制器120，以使同步控制器120控制所述至少两个CCD摄像头130中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光。在本实用新型实施例中，电子设备150可以是计算机、平板电脑等，电子设备150上存储有控制程序，通过控制程序控制电子设备150向同步控制器120发送控制指令，以及存储图像。

多张图像指的是至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像，在获得多张图像后，需要将图像进行存储。作为一种可选的实施方式，至少两个CCD摄像头130用于按照第四预定脉冲时序依次将多张图像发送至电子设备150，以使电子设备150存储多张图像。

其中，第一预定脉冲时序、第二预定脉冲时序、第三预定脉冲时序和第四预定脉冲时序如图2所示。

作为一种可选的实施方式，至少两个激光器140至少包括第一激光器141和第二激光器142，至少两个CCD摄像头130至少包括第一CCD摄像头131和第二CCD摄像头132，第一激光器141、第二激光器142、第一CCD摄像头131和第二CCD摄像头132与同步控制器120连接，至少两个控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号。发出第一控制信号和第二控制信号的时间构成第一预定脉冲时序，如图2中的时序1。在图2中第一控制信号和第二控制信号分别用信号a和信号b表示。其中，发出第一控制信号和第二控制信号的时间间隔用第一脉冲时延表示，第一脉冲时延由激光器本身电路的特性决定，作为一种可选的实施方式，第一脉冲时延的取值可以是200微秒。

同步控制器120具体用于在接收到控制指令后，发出第一控制信号至第一激光器141，第一激光器141用于在同步控制器120发出第一控制信号第一预设时间时，发出第一激光，以实现第一次照亮高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第二激光，以实现第二次照亮所述高速风洞流场。第一预设时间和第二预设时间分别如图2中所示的时间1和时间2，发出第一激光和第二激光的时间构成第一激光器141的第二预定脉冲时序，如图2中所示的时序2，发出第一激光和第二激光的时间间隔就是第一预设时间，也可用第二脉冲时延表示，第二脉冲时延由所测量流场运动速度决定，例如本申请是实施例所述的高速风洞流场的运动速度决定。作为一种可选的实施方式，第二脉冲时延(第一预设时间)的取值可以是0.5微秒-200微秒。作为一种可选的实施方案，时间1和时间2相等。

同步控制器120还用于在发出第一控制信号后经过第三预设时间，发出第二控制信号至第二激光器142。其中，第三预设时间就是第一脉冲时延，第三预设时间如图2中所示的时间3，第三预设时间由第一激光器141和第二激光器142本身的电路图以及时间1和时间2决定，具体为：第三预设时间＝时间1+时间2+第一激光器41的延时-第二激光器142的延时，作为一种可选的实施方式，第三预设时间的取值可以是1微秒-400微秒之间的任意值。

第二激光器142用于在同步控制器120发出第二控制信号第一预设时间时，发出第三激光，以实现第三次照亮高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第四激光，以实现第四次照亮高速风洞流场。这里，第一激光器141和第二激光器142发出激光的脉冲时序相似，第二激光器142依照第二激光器142的第二预定脉冲时序依次发出多束激光，第二激光器142的第二预定脉冲时序如图2中所示的时序3。

同步控制器120还用于在发出第一控制信号第四预设时间后，控制所述第一CCD摄像头131进行第一次曝光，以拍摄第一次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第一帧图像；并在所述第一CCD摄像头131进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第一CCD摄像头131进行第二次曝光，以拍摄第二次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第二帧图像。第一CCD摄像头131的曝光时序如图2中所示的时序4，第四预设时间和第五预设时间如图2中所示的时间4和时间5。第四预设时间和第五预设时间由第一CCD摄像头131的相机参数决定，作为一种可选的实施方式，第四预设时间的取值为100微秒-200微秒之间的任意取值，第五预设时间的取值为0.2微秒-0.4微秒之间的任意取值。

同步控制器120还用于在发出第二控制信号经过第四预设时间后，控制第二CCD摄像头132进行第一次曝光，以拍摄第三次照亮高速风洞流场时高速风洞流场内的示踪粒子的第三帧图像，并在第二CCD摄像头132进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制第二CCD摄像头132进行第二次曝光，以拍摄第四次照亮高速风洞流场时高速风洞流场内的示踪粒子的第四帧图像。第二CCD摄像头132的曝光时序如图2中所示的时序5，时序4和时序5相似，时序4和时序5组成第三预定脉冲时序。

在获得第一帧图像、第二帧图像、第三帧图像和第四帧图像，需要将第一帧图像、第二帧图像、第三帧图像和第四帧图像发送至电子设备150进行存储，具体的，至少两个CCD摄像头130用于按照第四预定脉冲时序依次将第一帧图像、第二帧图像、第三帧图像和第四帧图像发送至电子设备150进行存储。具体的，第一CCD摄像头131还用于在在完成第一次曝光时，将所述第一帧图像转移至所述第一CCD摄像131的寄存器，在完成第一次曝光第六预定时间时，第一CCD摄像头131将第一帧图像发送至电子设备150，在第一CCD摄像头131完成第二次曝光时，将所述第二帧图像转移至所述第一CCD摄像131的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，第一CCD摄像头131将第二帧图像发送至所述电子设备150。第二CCD摄像头132还用于在完成第二次曝光时，将所述第三图像转移至所述第二CCD摄像头132的寄存器，在完成第二次曝光第六预定时间时，将第三帧图像发送至电子设备150，在第二CCD摄像头132完成第二次曝光时，将所述第四图像转移至所述第二CCD摄像头132的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，第二CCD摄像头132将第四帧图像发送至电子设备150。其中，第六预定时间和第七预定时间分别如图2中所示的时间6和时间7，第一CCD摄像按照第一CCD摄像的第四预定脉冲时序发送第一帧图像和第二帧图像至电子设备150，第二CCD摄像按照第二CCD摄像的第四预定脉冲时序发送第三帧图像和第三帧图像至电子设备150，第一CCD摄像的第四预定脉冲时序如图2中所示的时序6，第二CCD摄像的第四预定脉冲时序如图2中所示的时序7。时间6和时间7由第二CCD摄像头132的相机参数决定，具体的，时间6和时间7与时间5相同，即时间6和时间7的取值均为0.2微秒-0.4微秒之间的任意一个取值，作为一种可选的实施方式，第六预定时间和第七预定时间的取值均为0.3微秒。

若需要获得更多帧时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像，则系统包括更多个CCD摄像头和更多个激光器。作为一种可选的实施方式，至少两个激光器140还包括第三激光器143，至少两个CCD摄像头130还包括第三CCD摄像头133；第三激光器143和第三CCD摄像头133与同步控制器120连接，至少两个控制信号还包括第三控制信号。第三激光器143按照第二预定脉冲时序依次发出两束激光，第三CCD摄像头133按照第三预定脉冲时序依次进行两次曝光，并按照第四预定脉冲时序依次将两次曝光采集得到的两张图像依次发送至电子设备150进行存储。具体为：同步控制器120还用于，在发出第二控制信号后经过第三预设时间，发出第三控制信号至第三激光器143。第三激光器143用于在同步控制器120发出第三控制信号第一预设时间时，发出第五激光，以实现第五次照亮高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第六激光，以实现第六次照亮高速风洞流场。同步控制器120还用于在发出第三控制信号经过第四预设时间后，控制第三CCD摄像头133进行第一次曝光，以拍摄第五次照亮高速风洞流场时高速风洞流场内的示踪粒子的第五帧图像；并在第三CCD摄像头133进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制第三CCD摄像头133进行第二次曝光，以拍摄第六次照亮高速风洞流场时高速风洞流场内的示踪粒子的第六帧图像。如此，当系统包括多于两个的CCD摄像头和多于两个的激光器，参照上述的第一CCD摄像头131、第二CCD摄像头132和第三CCD摄像头131以及第一激光器141、第二激光器141和第三激光器143的组装方式以及控制方式进行组装和控制，即可实现通过多个CCD摄像头和多个激光器配合获得高速风洞流场的多张时间相关的图像。上述已明确阐述其原理和方法，本领域技术人员可以依照上述的原理和方法对两个的CCD摄像头和多于两个的激光器进行系统组装和控制，在此不再赘述。

在获得第五帧图像和第六帧图像后，需要第五帧图像和第六帧图像发送至电子设备150进行存储，具体的，第三CCD摄像头133还用于按照第四预定脉冲时序依次将第五帧图像和第六帧图像依次发送至电子设备150进行存储。具体的，第三CCD摄像头133还用于在完成第一次曝光时，将所述第五图像转移至所述第三CCD摄像头133的寄存器，在完成第二次曝光第六预定时间时，将第五帧图像发送至电子设备150，在第三CCD摄像头133完成第二次曝光时，将所述第六帧图像转移至所述第三CCD摄像133的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，第三CCD摄像头133将第六帧图像发送至电子设备150。

其中，第三CCD摄像依照的第二预定脉冲时序、第三预定脉冲时序和第四预定脉冲时序分别如图2中所示的时序8、时序9和时序10。

图2中，第一CCD摄像头131、第二CCD摄像头132和第三CCD摄像头133分别是图2中的相机1、相机2和相机3。相机1、相机2和相机3可以是跨帧相机。第一激光器141、第二激光器142和第三激光器143分别是图2中的激光器1、激光器2和激光器3。

通过采用以上方案，可以获得6张时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。若需要更多的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像，则可以设置更多的激光器和CCD摄像头，激光器和CCD摄像头的数量相对应，按照上述例如第一CCD摄像头131、第二CCD摄像头132和第三CCD摄像头133以及第一激光器141、第二激光器142和第三激光器143的类似的时序，控制更多的CCD相机和更多的激光器配合工作，即可获得更多的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像。

为了降低光照的照射位置对图像质量的影响，作为一种可选的实施方式，所述系统还包括：与至少两个激光器140的连接的合束装置160，合束装置160用于将至少两个激光器140发出的多束激光进行空间矫正，以使多束激光的照明流场的空间位置相同。通过合束装置160将至少两个激光器140发出的多束激光进行空间矫正，多束激光照明流场的空间位置相同，使得多束激光照亮高速风洞流场内的示踪粒子的位置相同，降低CCD摄像头拍摄图像的畸变，提高获得的图像的质量。

为了降低激光在传输时的损失，所述系统还包括光臂180，光臂180用于传输激光。为了降低光照的均衡度对图像质量的影响，提高图像的质量，所述系统还包括片光镜头170，片光镜头170和合束装置160通过光臂180连接，光臂180用于将合束装置160进行矫正后的多束激光传输至片光镜头170，片光镜头170用于对光臂180传输的多束激光进行片光，以使每束激光发散形成厚度为0.5毫米的片状光源照亮高速风洞流场。每束激光发散形成厚度为0.5毫米的片状光源照亮高速风洞流场，使得风洞流场至少有在同一平面的均匀的光照，提高了风洞流场内的光照均匀度，降低CCD摄像头拍摄图像的畸变，提高获得的图像的质量。

为了避免第三激光照亮高速风洞流场时成像到第一摄像头的第二次曝光时间范围内，而影响第一摄像头的第二次曝采集的第二图像的质量，作为一种可选的实施方式，所述系统还包括光电快门，光电快门与同步控制器120连接，同步控制器120还用于在第一CCD摄像头131完成第二次曝光时，控制光电快门关闭。具体的，在第一CCD摄像头131的前面加装光电快门，通过同步控制器120控制，在第三激光发光前关闭光电快门而使第一CCD摄像头131的第二次曝光完成成像。

综上所述，本实用新型实施例提供的一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统100，所述系统包括：相互连接的纳米粒子发生器110和同步控制器120；同步控制器120用于控制纳米粒子发生器110向高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；系统还包括：与同步控制器120连接的至少两个CCD摄像头130和至少两个激光器140；同步控制器120还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器140；至少两个激光器140用于在接收到至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；同步控制器120还用于控制至少两个CCD摄像头130中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。至少两个激光器140发出多束激光多次照亮所述高速风洞流场，至少两个CCD摄像头130中的每个CCD摄像头进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，每个CCD摄像头进行一次曝光获得一张示踪粒子的图像，则每个CCD摄像头进行至少两次曝光获得至少两张示踪粒子的图像，系统包括至少两个CCD摄像头130，则系统至少可以获得四张示踪粒子的图像。因此，解决了现有技术无法获得多于两幅的时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像的技术问题，达到了获得至少四幅时间相关的高速风洞流场内的示踪粒子的图像技术效果。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本实用新型也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本实用新型的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本实用新型的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种高速风洞序列化流动图像的拍摄系统，用于拍摄风洞实验舱内的高速湍流随时间变化图像，所述系统包括：

相互连接的纳米粒子发生器和同步控制器；所述同步控制器用于控制所述纳米粒子发生器向所述高速风洞流场中投放纳米量级的示踪粒子；

其特征在于，所述系统还包括：与所述同步控制器连接的至少两个CCD摄像头和至少两个激光器；

所述同步控制器还用于在接收到控制指令后，按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号至所述至少两个激光器；

所述至少两个激光器用于在接收到所述至少两个控制信号后，按照第二预定脉冲时序依次发出多束激光，以实现多次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于，控制所述至少两个CCD摄像头中的每个CCD摄像头按照第三预定脉冲时序依次进行至少两次曝光，以分别拍摄多次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子，分别获得多张图像。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

与所述同步控制器和所述至少两个CCD摄像头连接的电子设备，所述电子设备用于发出控制指令至所述同步控制器，以控制所述同步控制器按照第一预定脉冲时序依次发出至少两个控制信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少两个CCD摄像头用于按照第四预定脉冲时序依次将所述多张图像发送至所述电子设备，以使所述电子设备存储所述多张图像。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述至少两个激光器至少包括第一激光器和第二激光器，所述至少两个CCD摄像头至少包括第一CCD摄像头和第二CCD摄像头；所述第一激光器、所述第二激光器、所述第一CCD摄像头和所述第二CCD摄像头与所述同步控制器连接；所述至少两个控制信号至少包括第一控制信号和第二控制信号；

所述同步控制器具体用于在接收到控制指令后，发出第一控制信号至所述第一激光器；

所述第一激光器用于在所述同步控制器发出第一控制信号第一预设时间时，发出第一激光，以实现第一次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第二激光，以实现第二次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于，在发出所述第一控制信号后经过第三预设时间，发出第二控制信号至所述第二激光器；

所述第二激光器用于在所述同步控制器发出第二控制信号第一预设时间时，发出第三激光，以实现第三次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第四激光，以实现第四次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于在发出第一控制信号第四预设时间后，控制所述第一CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第一次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第一帧图像；并在所述第一CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第一CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第二次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第二帧图像；

所述同步控制器还用于在发出第二控制信号经过第四预设时间后，控制所述第二CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第三次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第三帧图像；并在所述第二CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第二CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第四次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第四帧图像。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一CCD摄像头还用于在完成第一次曝光时，将所述第一帧图像转移至所述第一CCD摄像头的寄存器，在完成第一次曝光第六预定时间时，第一CCD摄像头将所述第一帧图像发送至所述电子设备，在所述第一CCD摄像头完成第二次曝光时，将所述第二帧图像转移至所述第一CCD摄像的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，所述第一CCD摄像头将所述第二帧图像发送至所述电子设备；所述第二CCD摄像头还用于在完成第二次曝光时，将所述第三帧图像转移至所述第二CCD摄像头的寄存器，在完成第二次曝光第六预定时间时，将所述第三帧图像发送至所述电子设备，在所述第二CCD摄像头完成第二次曝光时，将所述第四帧图像转移至所述第二CCD摄像的寄存器，在完成第二次曝光第七时间时，所述第二CCD摄像头将所述第四帧图像发送至所述电子设备。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：与所述至少两个激光器的连接的合束装置；

所述合束装置用于将所述至少两个激光器发出的多束激光进行空间矫正，以使所述多束激光照明流场的空间位置相同。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光臂，所述光臂与所述合束装置连接，用于将所述合束装置进行矫正后的多束激光传输至所述高速风洞流场，以使照亮所述高速风洞流场。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括片光镜头；

所述片光镜头和所述合束装置通过所述光臂连接；

所述光臂具体用于将所述合束装置进行矫正后的多束激光传输至所述片光镜头，所述片光镜头用于对所述光臂传输的多束激光进行片光，以使每束激光发散形成线状细长光条的激光照亮所述高速风洞流场。

9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括光电快门，所述光电快门与所述同步控制器连接；所述同步控制器还用于在所述第一CCD摄像头进行第二次曝光且获得所述第二帧图像时，控制所述光电快门关闭，以阻挡光线再进入所述第一CCD摄像头。

10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述至少两个激光器还包括第三激光器，所述至少两个CCD摄像头还包括第三CCD摄像头；所述第三激光器和所述第三CCD摄像头与所述同步控制器连接；所述至少两个控制信号还包括第三控制信号；

所述同步控制器还用于，在发出所述第二控制信号后经过第三预设时间，发出第三控制信号至所述第三激光器；

所述第三激光器用于在所述同步控制器发出第三控制信号第一预设时间时，发出第五激光，以实现第五次照亮所述高速风洞流场，经过第二预设时间，发出第六激光，以实现第六次照亮所述高速风洞流场；

所述同步控制器还用于在发出第三控制信号经过第四预设时间后，控制所述第三CCD摄像头进行第一次曝光，以拍摄第五次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第五帧图像；并在所述第三CCD摄像头进行第一次曝光结束经过第五预设时间时，控制所述第三CCD摄像头进行第二次曝光，以拍摄第六次照亮所述高速风洞流场时所述高速风洞流场内的示踪粒子的第六帧图像。