阅读说明：本技术 高温风洞的成像方法 (Imaging method of high-temperature wind tunnel ) 是由 黄浦 王显 于 2018-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种高温风洞的成像方法。包括：判断高温风洞是否处于加热状态；当处于加热状态时通过图像采集装置采集待检测材料的图像,将待检测材料的图像传至处理装置；通过温度采集装置采集待检测材料的表面温度,将待检测材料的表面温度传送至处理装置；处理装置根据待检测材料的图像获取感兴趣区域图像,计算感兴趣区域图像的灰度值,将其传至补光控制装置；补光控制装置根据待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成补光控制信号,将补光控制信号传至补光装置；补光装置根据补光控制信号对待检测材料进行补光。通过设置补光装置能够对待检测材料的图像进行补偿,进一步的能够适应大幅度的温度变化,提高待检测材料的图像的质量。(The invention relates to an imaging method of a high-temperature wind tunnel. The method comprises the following steps: judging whether the high-temperature wind tunnel is in a heating state or not; when the material is in a heating state, acquiring an image of the material to be detected through an image acquisition device, and transmitting the image of the material to be detected to a processing device; collecting the surface temperature of the material to be detected through a temperature collecting device, and transmitting the surface temperature of the material to be detected to a processing device; the processing device acquires an image of the region of interest according to the image of the material to be detected, calculates the gray value of the image of the region of interest, and transmits the gray value to the light supplement control device; the light supplement control device generates a light supplement control signal according to the surface temperature of the material to be detected and the gray value of the image of the region of interest, and transmits the light supplement control signal to the light supplement device; and the light supplementing device supplements light to the material to be detected according to the light supplementing control signal. The light supplementing device can compensate the image of the material to be detected, and further can adapt to large temperature change, so that the quality of the image of the material to be detected is improved.)

高温风洞的成像方法

本申请是“申请号为：2018107448905，申请日为2018年07月10日，发明名称为：高温风洞的成像系统和方法”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，特别是涉及一种高温风洞的成像方法。

背景技术

高温风洞能够对被检测材料进行高温烧蚀氧化，从而达到检测被检测材料性能的目的。大部分的高温试件都需要在高温风洞进行高温加载测试。非接触高温三维数字图像相关方法(3D-DIC)是用于对高温风洞内的被检测材料进行力学测量的方法。非接触高温三维数字图像相关方法(3D-DIC)具有精度高、无损、非接触以及大视野等优点。但是上述方法需要依赖高质量的图像，因此获取高质量的图像成为非接触力学测量的关键。

目前的传统技术，在对高温风洞内的被检测材料进行成像时，首先需要将成像装置放置在三脚架上，再将三脚架放置在高温风洞的观察窗口前搭建图像采集平台，成像装置通过观察窗口采集高温风洞内被检测材料的图像。由于高温风洞内温度变化剧烈，会导致待检测材料的图像亮度变化梯度大，严重的影响待检测材料的图像的质量。

发明内容

基于此，有必要针对图像亮度变化梯度大，进一步的严重的影响待检测材料的图像的质量的问题，提供一种高温风洞的成像系统和方法。

一种高温风洞的成像方法，所述方法通过一成像系统实现成像，所述成像系统包括图像采集装置、温度采集装置、处理装置、补光控制装置以及补光装置，所述高温风洞的成像方法包括以下步骤：(1)判断所述高温风洞是否处于加热状态；(2)当判断所述高温风洞处于加热状态时，通过图像采集装置采集待检测材料的图像，并将采集的待检测材料的图像传至所述处理装置；通过温度采集装置采集待检测材料的表面温度，并将采集的待检测材料的表面温度传送至所述处理装置；(3)所述处理装置根据所述待检测材料的图像获取感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像的灰度值，将所述感兴趣区域图像的灰度值传至所述补光控制装置；(4)所述补光控制装置根据所述待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成补光控制信号，并将所述补光控制信号传至所述补光装置；(5)所述补光装置根据所述补光控制信号对待检测材料进行补光。

在其中一个实施例中，在步骤(1)之后还进一步包括以下步骤：当判断所述高温风洞处于未加热状态时，通过图像采集装置采集待检测材料的图像，并将采集的待检测材料的图像传至所述处理装置；所述处理装置根据所述待检测材料的图像获取感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像的平均灰度值，以及将所述感兴趣区域图像的平均灰度值与预设阈值进行比较；当所述感兴趣区域图像的平均灰度值大于所述预设阈值时，所述补光控制装置生成减小补光控制信号；并将所述减小补光控制信号传至所述补光装置；所述补光装置对待检测材料进行补光，并根据所述减小补光控制信号减小补光功率。

在其中一个实施例中，所述将所述感兴趣区域图像的平均灰度值与预设阈值进行比较之后还包括：当所述感兴趣区域图像的平均灰度值小于所述预设阈值时，所述补光控制装置生成增大补光控制信号；并将所述增大补光控制信号传至所述补光装置；所述补光装置对待检测材料进行补光，根据所述增大补光控制信号增大补光功率。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：所述处理装置根据所述待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成曝光控制信号，并将所述补光控制信号传至所述图像采集装置；所述图像采集装置根据所述曝光控制信号控制曝光时间。

在其中一个实施例中，所述成像系统还包括固定装置；所述方法还包括：利用固定装置将所述图像采集装置、所述温度采集装置以及所述补光装置固定于高温风洞的外壁。

在其中一个实施例中，所述固定装置包括：固定支架、第一固定机构、第二固定机构以及第三固定机构；所述固定支架，与高温风洞的外壁固定连接；所述第一固定机构，与所述固定支架活动连接，所述图像采集装置连接于所述第一固定机构；所述第二固定机构，与所述固定支架活动连接，所述温度采集装置连接于所述第二固定机构；所述第三固定机构，与所述固定支架活动连接，所述补光装置连接于所述第三固定机构。

在其中一个实施例中，所述固定支架包括：至少一个风洞固定杆以及多个固定块，还包括横杆和/或竖杆；所述风洞固定杆垂直于所述高温风洞外壁通过固定块与所述高温风洞外壁连接；所述横杆和所述竖杆相互垂直且通过固定块与所述风洞固定杆连接。

在其中一个实施例中，所述第一固定机构包括：至少一个第一固定杆、至少一个摄像机云台以及至少一个固定块；所述图像采集装置包括至少一个图像采集机构；所述第一固定杆一端与所述横杆或竖杆通过固定块可移动的连接，另一端上固定设置有所述摄像机云台；所述摄像机云台与所述图像采集机构固定连接，用于调整图像采集机构的图像采集角度。

在其中一个实施例中，所述第二固定机构包括：第二固定杆、第一夹具以及固定块；所述第二固定杆一端与所述横杆或竖杆通过固定块可移动的连接，另一端上固定设置有所述第一夹具；所述第一夹具与所述温度采集装置固定连接，用于将所述温度采集装置固定设置于预设位置。

在其中一个实施例中，所述第三固定机构包括：第三固定杆、第二夹具以及固定块；所述第三固定杆一端与所述横杆或竖杆通过固定块可移动的连接，另一端上固定设置有所述第二夹具；所述第二夹具与所述补光装置固定连接，用于将所述补光装置固定设置于预设位置。

上述高温风洞的成像方法，在高温风洞的外壁通过固定装置将图像采集装置以及温度采集装置固定设置在观察窗口，能够使图像采集装置以及温度采集装置能够准确的采集待检测材料的图像以及待检测材料的表面温度。根据待检测材料的图像获取感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像的灰度值，进一步的得到待检测材料的图像。补光控制装置接收待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成补光控制信号，通过补光控制信号控制补光装置。通过设置补光装置能够对待检测材料的图像进行补偿，进一步的能够适应大幅度的温度变化，提高待检测材料的图像的质量。

上述高温风洞的成像系统，整体固定在风洞的外壁上，能够有效削弱因气压产生的地面震动对成像装置的影响。

附图说明

图1为一个实施例中高温风洞的成像系统的结构示意图；

图2为另一个实施例中高温风洞的成像系统的结构示意图；

图3为一个实施例中高温风洞的成像系统的模块示意图；

图4为一个实施例中高温风洞的成像方法的流程图。

附图说明：100为图像采集装置、200为温度采集装置、300为处理装置、400为固定装置、410为固定支架、411为风洞固定杆、412为横杆、413为竖杆、420为第一固定机构、421为第一固定杆、422为摄像机云台、430为第二固定机构、431为第二固定杆、432为第一夹具、440为第三固定机构、441为第三固定杆、442为第二夹具、450为固定块、500为补光控制装置、600为补光装置。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

高温合金及复合材料由于其良好的力学性能和抗高温性能，广泛的应用于航天航空等领域。特别在航空超声速飞行的情况下，飞行器外形承受的气动热随着飞行器速度的增加而增大，在超高声速飞行的情况下，飞行器表面的结构材料由于气动烧蚀发生氧化。通常为了模拟飞行器高超声速飞行环境，采用高温模拟实验对飞行器结构材料的耐高温性进行测试，其中最重要的模拟方式就是通过高温风洞对材料结构进行检测。现有的高温风洞通常为燃气风动和电弧风洞

请参阅图1-3，图1为一个实施例中高温风洞的成像系统的结构示意图；图2为另一个实施例中高温风洞的成像系统的结构示意图；图3为一个实施例中高温风洞的成像系统的模块示意图。

如图1-3所示，一种高温风洞的成像系统，所述高温风洞用于对待检测材料进行高温氧化烧蚀测试，所述高温风洞设置有观察窗口，所述系统包括：图像采集装置100、温度采集装置200、处理装置300、补光控制装置500以及补光装置600；所述图像采集装置100，设置于所述观察窗口，用于实时采集待检测材料的图像；所述温度采集装置200，设置于所述观察窗口，用于与所述图像采集装置100同步采集待检测材料的表面温度；所述处理装置300，与所述图像采集装置100以及温度采集装置200连接，用于接收待检测材料的图像以及待检测材料的表面温度，根据所述待检测材料的图像获取感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像的灰度值；所述补光控制装置500，与所述处理装置300连接，用于获取所述待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值，并根据所述待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成补光控制信号；所述补光装置600，设置于所述观察窗口，并与所述补光控制装置500电连接，用于接收补光控制信号，并根据补光控制信号对待检测材料进行补光。

具体地，将图像采集装置100和温度采集装置200设置在高温风洞外壁的观察窗口，并通过固定装置400将其稳定的固定在高温风洞的外壁。将待检测材料放置在高温风洞中进行高温烧蚀氧化。通过设置在高温风洞观察窗口的图像采集装置100和温度采集装置200对待检测材料的图像以及待检测材料的表面温度进行获取。图像采集装置100透过观察窗口对待检测材料的表面进行拍摄，得到待检测材料的图像，并将待检测材料的图像传输至处理装置300。温度采集装置200透过观察窗口对准待检测材料的表面，温度采集装置200与图像采集装置100同步采集待检测材料的表面温度，并将待检测材料的表面温度传输至处理装置300。其中，图像采集装置100包括至少一个图像采集机构，图像采集机构可以为摄像机，优选的可以为电耦合器件相机(CCD相机)等。温度采集装置200可以为非接触式温度传感器，优选的，可以为红外测温仪或高温计等。处理装置300接收待检测材料的图像和待检测材料的表面温度，在待检测材料的图像中以待检测材料为中心，选取预设范围内的图像作为感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像各个像素点的灰度值。处理装置300与所述图像采集装置100以及温度采集装置200连接，其连接方式可以为电连接，也可以为无线连接，优选的，连接方式为电连接。处理装置300还用于根据所述待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成曝光控制信号，图像采集装置100根据所述曝光控制信号控制曝光时间。将待检测材料放置在高温风洞中进行高温烧蚀氧化时，由于高温风洞内温度变化剧烈，会导致待检测材料的图像亮度变化梯度大，严重的影响待检测材料的图像的质量，就需要设置补光控制装置500和补光装置600，补光控制装置500获取处理装置300计算得到感兴趣区域图像的灰度值以及待检测材料的表面温度，并根据检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成补光控制信号，通过将补光控制信号传输给补光装置600，控制补光装置600对待检测材料进行补光。补光控制装置500与处理装置300连接，其连接方式可以为电连接，也可以为无线连接，优选的，连接方式为电连接，补光控制装置500与处理装置300之间通过RS485串行接口进行通信。补光装置600发出的光透过观察窗口，照射在待检测材料表面进行补光。因此，补光装置600也需要设置在观察窗口，以便光能够透过观察窗口照射在待检测材料表面。其中补光装置600可以为任意颜色的光源，优选的为蓝光光源。当高温风洞处于加热状态时，补光控制装置500根据待检测材料的表面温度以及感兴趣区域的灰度值生成补光控制信号，并将补光控制信号传输至补光装置600，补光装置600根据补光控制信号调整补光功率。当高温风洞未处于加热状态时，补光控制装置500将感兴趣区域图像的平均灰度值与预设阈值进行比较；当平均灰度值大于预设阈值时，向补光装置600发送补光控制信号，补光装置600根据补光控制信号减小补光功率；当平均灰度值小于预设阈值时，向补光装置600发送补光控制信号，补光装置600根据补光控制信号增大补光功率。在高温环境下获取待检测材料的图像通常需要对待检测材料进行补光，并在镜头与摄像机之间设置滤波片，降低辐射光对采集图像的干扰。然而固定功率的补光装置600不能适应亮度变化大的测试，因此本实施例中补光装置600为功率可调的补光装置600，能够适应亮度变化大的测试。

优选的，所述系统还包括固定装置，与所述高温风洞的外壁固定连接，所述图像采集装置、所述温度采集装置以及所述补光装置连接于所述固定装置。

具体地，通过固定装置400将图像采集装置100和温度采集装置200固定在高温风洞外壁的观察窗口处。能够避免高温风洞对被检测材料进行加热时，地面产生的震动，导致图像采集装置100的镜头偏离，影响采集的图像质量。并且在高温风洞对待检测材料进行测试时，图像采集装置100和温度采集装置200的安装和调试的时间有限，通过固定装置400将图像采集装置100和温度采集装置200固定在高温风洞的外壁上，可以方便快速的安装设备，并且能够节约调试的时间，提高高温风洞检测的效率。固定装置400还用于将补光装置600固定在所述高温风洞的外壁观察窗口处。由于高温风洞的观察窗口尺寸有限，通过固定装置400将图像采集装置100、温度采集装置200以及补光装置600设置在观察窗口，可以减小安装难度。

优选的，所述固定装置400包括：固定支架410、第一固定机构420、第二固定机构430以及第三固定机构440；所述固定支架410，与高温风洞的外壁固定连接；所述第一固定机构420，与所述固定支架410活动连接，用于将所述图像采集装置100可移动的设置在所述观察窗口预设位置；所述第二固定机构430，与所述固定支架410活动连接，用于将所述温度采集装置200可移动的设置在所述观察窗口预设位置；所述第三固定机构440，与所述固定支架410活动连接，用于将所述补光装置600可移动的设置在所述观察窗口预设位置。

具体地，所述固定支架410包括：至少一个风洞固定杆411以及多个固定块450，还包括横杆412和/或竖杆413；所述风洞固定杆411垂直于所述高温风洞外壁通过固定块450与所述高温风洞外壁连接；所述横杆412和所述竖杆413相互垂直且通过固定块450与所述风洞固定杆411连接。其中，固定风洞固定杆411的固定块450为耐高温固定块450，竖杆413固定的设置在竖直方向上设置的两个风洞固定杆411上，横杆412的一端与另一个风洞固定杆411连接，其另一端可以与竖屏方向的风洞固定杆411连接，也可以和竖杆413通过固定块450固定连接。横杆412和竖杆413上都标记有刻度，并且第一固定机构420、第二固定机构430以及第三固定机构440能够在横杆412或竖杆413上移动，进一步的能够根据刻度精确的调整第一固定机构420、第二固定机构430以及第三固定机构440的位置。如果高温风洞的观察窗口足够大，可以利用一个固定杆，通过一个固定杆固定一个横杆412，将第一固定机构420、第二固定机构430以及第三固定机构440都固定在横杆412上，横杆412上标记有刻度，用于精确调整位置；也可以利用一个固定杆，通过一个固定杆固定一个竖杆413，将第一固定机构420、第二固定机构430以及第三固定机构440都固定在竖杆413上，竖杆413上标记有刻度，用于精确调整位置。

具体地，所述第一固定机构420包括：至少一个第一固定杆421、至少一个摄像机云台422以及至少一个固定块450；所述第一固定杆421一端与所述横杆412或竖杆413通过固定块450可移动的连接，另一端上固定设置有所述摄像机云台422；所述摄像机云台422与所述图像采集机构固定连接，用于将第一图像采集机构固定设置在所述观察窗口预设位置，还用于调整图像采集机构的图像采集角度。其中，第一固定杆421和摄像机云台422的数量与图像采集装置100的图像采集机构的数量相同。第一固定杆421可以与横杆412连接，也可以与竖杆413连接，只需要保证图像采集机构能够设置在观察窗口即可。摄像机云台422为安装、固定摄像机的支撑设备，将图像采集机构安装在摄像机云台422上能够调整图像采集机构的角度，进一步的调节采集视野。第一固定杆421上标记有刻度，摄像机云台422能够在第一固定杆421上移动，进一步的能够根据刻度调整图像采集机构的位置。

具体地，所述第二固定机构430包括：第二固定杆431、第一夹具432以及固定块450；所述第二固定杆431一端与所述横杆412或竖杆413通过固定块450可移动的连接，另一端上固定设置有所述第一夹具432；所述第一夹具432与所述温度采集装置200固定连接，用于将所述温度采集装置200固定设置在所述观察窗口预设位置。第二固定杆431可以与横杆412连接，也可以与竖杆413连接，只需要保证温度采集装置200能够设置在观察窗口即可。第一夹具432用来固定温度采集装置200，使温度采集装置200固定的设置在相应的位置，以便对待检测材料的表面温度进行采集。第二固定杆431上标记有刻度，第一夹具432能够在第二固定杆431上移动，进一步的能够根据刻度调整温度采集装置200的位置。

具体地，所述第三固定机构440包括：第三固定杆441、第二夹具442以及固定块450；所述第三固定杆441一端与所述横杆412或竖杆413通过固定块450可移动的连接，另一端上固定设置有所述第二夹具442；所述第二夹具442与所述补光装置600固定连接，用于将所述补光装置600固定设置在所述观察窗口预设位置。第三固定杆441可以与横杆412连接，也可以与竖杆413连接，只需要保证补光装置600能够设置在观察窗口即可。第二夹具442用来固定补光装置600，使补光装置600固定的设置在相应的位置，以便对待检测材料进行补光。第三固定杆441上标记有刻度，第二夹具442能够在第三固定杆441上移动，进一步的能够根据刻度调整补光装置600的位置。

请参阅图4，图4为一个实施例中高温风洞的成像方法的流程图。

如图4所示，提供了一种高温风洞的成像方法，可以包括以下步骤：

步骤S102：获取高温风洞的状态信息。

具体地，高温风洞的状态信息包括：高温风洞处于加热状态和高温风洞未处于加热状态。

步骤S104：当高温风洞处于加热状态时，实时采集待检测材料的图像以及表面温度。

具体地，图像采集装置透过观察窗口对待检测材料的表面进行拍摄，得到待检测材料的图像。温度采集装置透过观察窗口对准待检测材料的表面，与图像采集装置同步采集待检测材料的表面温度，并将待检测材料的表面温度传输至处理装置。

步骤S106：根据所述待检测材料的图像获取感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像的灰度值。

具体地，处理装置接收待检测材料的图像和待检测材料的表面温度，在待检测材料的图像中以待检测材料为中心，选取预设范围内的图像作为感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像各个像素点的灰度值。

步骤S108：根据待检测材料的表面温度以及感兴趣区域的灰度值生成补光控制信号。

具体地，补光控制装置根据检测材料的表面温度与感兴趣区域的灰度值的关系生成补光控制信号，并将补光信号传输至补光模块。

步骤S110：根据所述补光控制信号调整补光功率。

具体地，补光模块根据接收到的补光控制信号调节补光功率。

在一个实施例中，一种高温风洞的成像方法，还可以包括以下步骤：

步骤S202：当高温风洞未处于加热状态时，实时采集待检测材料的图像。

具体地，图像采集装置透过观察窗口对待检测材料的表面进行拍摄，得到待检测材料的图像。

步骤S204：根据所述待检测材料的图像获取感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像的平均灰度值。

具体地，处理装置接收待检测材料的图像，在待检测材料的图像中以待检测材料为中心，选取预设范围内的图像作为感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像各个像素点的灰度值，根据感兴趣区域图像各个像素点的灰度值计算感兴趣区域图像的平均灰度值。

步骤S206：将所述平均灰度值与预设阈值进行比较；当平均灰度值大于预设阈值时，则减小补光功率；当平均灰度值小于预设阈值时，则增大补光功率。

具体地，若感兴趣区域图像为8位的图像，则预设阈值可以设置为125。也就是当平均灰度值大于125时，则减小补光功率；当平均灰度值小于125时，则增大补光功率。

上述高温风洞的成像系统，在高温风洞的外壁通过固定装置将图像采集装置以及温度采集装置固定设置在观察窗口，能够使图像采集装置以及温度采集装置能够准确的采集待检测材料的图像以及待检测材料的表面温度。根据待检测材料的图像获取感兴趣区域图像，并计算感兴趣区域图像的灰度值，进一步的得到待检测材料的图像。补光控制装置接收待检测材料的表面温度以及感兴趣区域图像的灰度值生成补光控制信号，通过补光控制信号控制补光装置。通过设置补光装置能够对待检测材料的图像进行补偿，进一步的能够适应大幅度的温度变化，提高待检测材料的图像的质量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。