CN115371950B - 一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风洞彩色油流试验领域，具体公开了一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方及方法，所述配方含有载体、稀释剂、填料。所述方法烘干染色的树脂；称取载体、稀释剂、填料，混匀，得油流涂料；将油流涂料沿来流方向刷涂在待测模型区域表面，吹风试验；将模型表面油流谱进行区块划分，记录校准点，调节激光与模型表面角度，照亮待测区块；采集待测区块照片；将三维模型数据相同的区块网格进行划分；处理采集油流谱照片，截取有效区块油流图像，参考校准点逐区块地将图像投影到三维模型上；建立三维全景彩色油流谱。本发明解决了采集到的油流谱图像局部不清晰以及传统二维平面油流谱无法直观的反映空间复杂模型油流迹线的缺陷。

Description

一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方及方法
技术领域
本发明属于风洞彩色油流试验领域，尤其涉及一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方及方法。
背景技术
在风洞试验中，彩色油流技术是一种成熟且广泛应用的流动显示试验技术。该技术在模型表面涂覆带有示踪粒子的油剂，通过风洞运行时模型表面气流与油膜的相互作用而产生油流谱。由于油膜厚度很薄、油膜的粘性系数远大于空气的粘性系数以及物面的压强梯度不是很强，彩色油流谱实际上显示的是绕流中物面上的摩擦力线谱。经过理论计算与实际观察，找出表面摩擦力为零的鞍点、结点等奇点，确定分离的位置、形态，激波、漩涡的位置等，以便于更好地分析模型表面气动特征。
直接线性变换（Direct Linear Transform，DLT）方法是建立采集图像的像坐标和相应物点的物方空间坐标之间线性关系算法。该方法适用于非量测相机所摄影像，不需要图像内外方位元素的起始值，且可以直接将二维的像点坐标转化为物方空间坐标，能够更加直观地分析数据。由于操作简单、适用性强等诸多优点，DLT方法已经广泛的应用于测绘、测量等诸多领域中。
由于风洞种类、试验来流马赫数、温度、总压的不同，而固定比例油流配方的粘度单一，以往的油流配方可能无法满足现有试验。另外，模型一般为金属材质，在利用相机采集油流谱图像时，由于自然光的干扰，如产生镜面光反射使采集的油流谱图像局部不清晰，影响后期分析。并且，对于曲率较大、空腔内部等表面，油流谱图像采集困难，且效果欠佳。
发明内容
为解决上述现有技术风洞模型在利用相机采集油流谱图像时，产生镜面光反射使采集的油流谱图像局部不清晰，影响后期分析的问题，以及传统二维平面油流谱无法直观的反映空间复杂模型油流迹线的缺陷问题。本发明提供了一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方及方法。
本发明的技术方案：一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方，所述配方由载体、稀释剂、填料组成，以重量份计，载体2-5份，稀释剂5-8份，填料2-6份。
所述载体为50cs粘度的甲基硅油。
所述稀释剂为航空煤油。
所述填料为粒径100nm~5μm的染色的树脂。
另一方面，本发明提供一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，方法包括如下步骤：
步骤一：将染色的树脂烘干；
步骤二：按比例称取载体、稀释剂、填料；
步骤三：将称取的材料混匀，封口待用，得到油流涂料；
步骤四：将步骤三中混匀的油流涂料沿来流方向均匀刷涂在待测模型区域表面，进行吹风试验；
步骤五：将模型表面油流谱进行区块划分，并记录校准点；
步骤六：打开激光器，调节激光与模型表面角度，照亮待测区块；
步骤七：将滤镜安装在相机镜头前，采集待测区块照片；
步骤八：将采集原始彩色油流图像进行直方图均衡化处理，使图像增强；
步骤九：将三维模型数据相同的区块网格进行划分；
步骤十：截取有效区块油流图像，参考校准点逐区块地将图像投影到三维模型上；建立三维全景彩色油流谱。
所述步骤一的具体操作为将染色的树脂在60-70摄氏度条件下烘干2-3小时。
所述步骤七是将滤镜安装在单反相机镜头前，采集待测区块照片，保证采集图像大于划分区块。
所述步骤十是利用DLT方法投影有效区块油流图像。
所述DLT方法投影有效区块油流图的公式为：
Figure 651530DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 381588DEST_PATH_IMAGE002
，此公式中x、y代表像点的坐标仪坐标，XYZ代表像点对应的物 方点的物方空间坐标，
Figure 191413DEST_PATH_IMAGE003
是客观存在且相互独立的11个系数。
本发明的有益效果：
本发明提供适应马赫数范围0.2~0.4工况下的彩色油流涂料配方，在吹风后可以形成清晰、稳定的油流谱。该配方油流谱在激光照射条件下可辐射荧光，以便于下一步的采集。
本发明提供的三维全景彩色油流谱的数据采集方法，以特定波段激光作为光源，利用滤镜采集特定油流迹线，使拍摄图像可在无自然光照条件下、模型空腔内表面进行，且消除模型表面反光影响，获得的图像清晰、对比度高、具有普遍适用性。本发明中三维全景彩色油流谱的数据处理方法，基于DLT解法，使传统的二维图像转变为三维全景彩色油流谱，具有便于观察分析模型表面气动特征、图像清晰、准确的优点。
附图说明
图1为采用本发明所述配方和方法获得的三维全景彩色油流谱效果图；
图2为采用本发明所述方法依据的三维空白模型区块网格。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
结合附图1-2，本发明提供一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方，所述配方由载体、稀释剂、填料组成，以重量份计，载体2-5份，稀释剂5-8份，填料2-6份。所述载体为50cs粘度的甲基硅油。所述稀释剂为航空煤油。所述填料为粒径100nm~5μm的染色的树脂。所述染色的树脂为采用染料将树脂染色，本发明中采用蓝色染料将树脂染色。
本发明公开了一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，方法包括如下步骤：
步骤一：将染色的树脂烘干；步骤二：按比例称取载体、稀释剂、填料；步骤三：将称取的材料混匀，封口待用，得到油流涂料；步骤四：将步骤三中混匀的油流涂料沿来流方向均匀刷涂在待测模型区域表面，进行吹风试验；步骤五：将模型表面油流谱进行区块划分，并记录校准点；步骤六：打开激光器，调节激光与模型表面角度，照亮待测区块；步骤七：将滤镜安装在相机镜头前，采集待测区块照片；步骤八：将获得的彩色油流谱预处理，使用自适应直方图均衡化，通过计算图像的局部直方图，然后重新分布亮度来改变图像对比度从而凸显细节，使图像更加清晰，便于分析；步骤九：将三维模型数据相同的区块网格进行划分；结合附图2；步骤十：截取有效区块油流图像，参考校准点逐区块地将图像投影到三维模型上；建立三维全景彩色油流谱。所述步骤一的具体操作为将染色的树脂在60-70摄氏度条件下烘干2-3小时。染色的树脂为粒径为100nm~5μm的染色的树脂。所述步骤七是将长通495滤镜安装在单反相机镜头前，采集待测区块照片，保证采集图像大于划分区块。所述步骤八是对采集图像进行直方图均衡化处理，使图像增强。
所述步骤十是利用DLT方法。将均衡化处理的油流谱图像按照三维数模划分的区 块进行截取，剔除与该区块无关的数据。按照程序设定顺序点击截取的油流谱图像事先规 定的参考校准点。利用DLT基本公式找出二维图像于空间三维网格之间映射关系。此公式中x、y代表像点的坐标仪坐标，XYZ代表像点对应的物方点的物方空间坐标，
Figure 715935DEST_PATH_IMAGE004
是客观存 在且相互独立的11个系数，可利用至少对参考点来解算系数，从而找出矩阵映射关系。
Figure 142368DEST_PATH_IMAGE005
Figure 410538DEST_PATH_IMAGE006
利用工程插值法，拟合除像素点光强对应函数关系，解决在二维向三维转换过程中图像光强不连续问题。
基于DLT原理和工程插值法编辑程序。利用程序，选中每张处理好的油流图像六个参考点，与已知三维模型网格对应参考点匹配，解算DLT基本公式中未知系数，逐区块的将二维油流图像投影到三维模型上，建立三维全景彩色油流谱。重复上述操作，检查三维模型是否重叠冲突，进行适当调整后完成，效果如图1所示。
现有技术中由于风洞种类、试验来流马赫数、温度、总压的不同，而固定比例油流配方的粘度单一，以往的油流配方可能无法满足现有试验。另外，模型一般为金属材质，在利用相机采集油流谱图像时，由于自然光的干扰，如产生镜面光反射使采集的油流谱图像局部不清晰，影响后期分析。并且，对于曲率较大、空腔内部等表面，油流谱图像采集困难，且效果欠佳。本发明提供的适应马赫数范围0.2~0.4工况下的彩色油流涂料配方，在吹风后可以形成清晰、稳定的油流谱。该配方油流谱在激光照射条件下可辐射荧光，通过滤镜过滤掉金属材质表面的反光，只保留激发的荧光，以便于下一步的图像采集，克服了上述技术阻力。
本发明所述的适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，具体以特定波段激光作为光源，利用滤镜采集特定油流迹线，使拍摄图像可在无自然光照条件下、模型空腔内表面进行，且消除模型表面反光影响，获得的图像清晰、对比度高，可应用于各风洞彩色试验，不受模型、环境影响，具有普遍适用性。
实施例1
一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方，所述配方由载体、稀释剂、填料组成，以重量份计，载体2份，稀释剂5份，填料2份。所述载体为50cs粘度的甲基硅油。所述稀释剂为航空煤油。所述填料为粒径100nmμm的染色的树脂。
采用上述配方应用于适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法中，该方法具体包括如下步骤：
步骤一：将染色的树脂在60摄氏度条件下烘干2小时；步骤二：用电子称按载体：稀释剂：填料=2：5：2比例称取材料；步骤三：将称取的材料在烧杯中混合，用玻璃棒进行充分搅拌，封口待用；步骤四：将油流涂料利用毛刷顺来流方向均匀刷涂在待测模型区域表面，进行吹风试验；步骤五：将模型表面油流谱进行区块划分，并记录校准点；步骤六：打开激光器，调节激光与模型表面角度，照亮待测区块；步骤七：将长通495nm滤镜安装在单反相机镜头前，采集待测区块照片，保证采集图像大于划分区块；步骤八：将采集原始彩色油流图像处理，使图像增强；步骤九：将三维模型数据进行相同的区块网格划分；步骤十：利用基于DLT解法所编写的程序，截取有效区块油流图像，参考校准点逐区块地将图像投影到三维模型上，建立三维全景彩色油流谱。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是，一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方，所述配方由载体、稀释剂、填料组成，以重量份计，载体5份，稀释剂8份，填料6份。
实施例3
本实施例与实施例1不同的是，一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方，所述配方由载体、稀释剂、填料组成，以重量份计，载体4份，稀释剂6份，填料5份。
本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：将染色的树脂烘干；
步骤二：按比例称取载体、稀释剂、填料；
步骤三：将称取的材料混匀，封口待用，得到油流涂料；
步骤四：将步骤三中混匀的油流涂料沿来流方向均匀刷涂在待测模型区域表面，进行吹风试验；
步骤五：将模型表面油流谱进行区块划分，并记录校准点；
步骤六：打开激光器，调节激光与模型表面角度，照亮待测区块；
步骤七：将滤镜安装在相机镜头前，采集待测区块照片；
步骤八：将采集原始彩色油流图像进行处理，使图像增强；
步骤九：将三维模型数据相同的区块网格进行划分；
步骤十：截取有效区块油流图像，参考校准点逐区块地将图像投影到三维模型上；建立三维全景彩色油流谱；所述步骤一的具体操作为将染色的树脂在60-70摄氏度条件下烘干2-3小时；所述步骤七是将滤镜安装在单反相机镜头前，采集待测区块照片，
保证采集图像大于划分区块；
所述三维重构方法基于内管道的荧光彩色油流谱三维重构配方实现，所述配方由载体、稀释剂、填料组成，以重量份计，载体2-5份，稀释剂5-8份，填料2-6份；所述填料为粒径100nm～5μm的染色的树脂。
2.根据权利要求1所述的适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，其特征在于，所述载体为50cs粘度的甲基硅油。
3.根据权利要求1所述的适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，其特征在于，所述稀释剂为航空煤油。
4.根据权利要求3所述的适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，其特征在于，所述配方是应用于马赫数范围0.2～0.4工况下的彩色油流涂料。
5.根据权利要求1所述的适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，其特征在于，所述步骤十是利用DLT方法投影有效区块油流图像。
6.根据权利要求5所述的适用于内管道的荧光彩色油流谱三维重构方法，其特征在于，所述DLT方法截取有效区块油流图的公式为：
Figure FDA0003985457250000011
Figure FDA0003985457250000021
此公式中x、y代表像点的坐标仪坐标，XYZ代表像点对应的物方点的物方空间坐标，L1～L11是客观存在且相互独立的11个系数。
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