哈尔滨工业大学王辉获国家专利权
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龙图腾网获悉哈尔滨工业大学申请的专利单相机测定喷雾粒径和三维速度的PTV装置获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN114862971B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-12发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210595965.4,技术领域涉及:G06T7/80;该发明授权单相机测定喷雾粒径和三维速度的PTV装置是由王辉;王翔宇;龙国徽;陈炫任;王超设计研发完成,并于2022-05-31向国家知识产权局提交的专利申请。
本单相机测定喷雾粒径和三维速度的PTV装置在说明书摘要公布了:单相机测定喷雾粒径和三维速度的PTV装置,解决了如何采用单相机获得三维速度和位置信息的问题,属于激光测速技术。本发明包括:激光发射器发出设定频率的激光,入射至激光扩束器,扩束后产生非相关光对观测区域进行照明,显微镜头朝向观测区域,高速相机与显微镜头连接,通过显微镜头拍摄观测区域的喷雾图像,并将喷雾图像发送至处理器;处理器用于将所有喷雾图像拍摄先后的时间顺序进行存储,获得各喷雾图像中所有液滴的形状与位置特征,确定液滴的平均粒径,通过PSF点扩散函数半波长值,获得离焦距离,排除离焦距离的不合理情况,对相邻两张喷雾图像对应液滴进行匹配,根据匹配后的两个液滴的距离和间隔时间,获得三维速度。
本发明授权单相机测定喷雾粒径和三维速度的PTV装置在权利要求书中公布了:1.单相机测定喷雾粒径和三维速度的PTV装置,其特征在于,包括高速相机1、显微镜头2、激光扩束器6、激光发射器8和处理器12; 激光发射器8发出设定频率的激光,入射至激光扩束器6,激光扩束器6扩束后产生非相干光5对观测区域进行照明,显微镜头2朝向观测区域,高速相机1与显微镜头2连接,通过显微镜头2拍摄观测区域的喷雾图像,并将喷雾图像发送至处理器12; 处理器12,用于将所有喷雾图像拍摄先后的时间顺序进行存储,对喷雾图像处理,获得各喷雾图像中所有液滴的形状与位置特征,确定液滴的平均粒径SMD,通过PSF点扩散函数半波长值与离焦距离的关系,获得离焦距离,排除离焦距离的不合理情况,利用各喷雾图像中液滴的位置与形状特征,对相邻两张喷雾图像对应液滴进行匹配,根据匹配后的两个液滴的距离和间隔时间,获得液滴移动速度,完成三维速度测定; 所述处理器12包括图像导入及预处理模块、自适应阈值切割模块、液滴标号模块、液滴离焦距离二义性排除模块和特征匹配模块; 图像导入及预处理模块,同时与自适应阈值切割模块和特征匹配模块连接,用于将所有喷雾图像拍摄先后的时间顺序进行存储,逐张图像进行预处理:去除背景及轮廓检测,将预处理后的图像发送至自适应阈值切割模块; 自适应阈值切割模块,与液滴离焦距离二义性排除模块连接用于将预处理后的图像进行灰度,及通过自适应阈值函数将图像二值化,遍历图像中所有液滴,获得单个液滴的形状与位置特征,确定液滴的平均粒径SMD; 液滴离焦距离二义性排除模块,用于利用PSF点扩散函数半波长值χest计算被测液滴的离焦距离z,利用最大梯度法排除离焦距离z的不合理情况,得到液滴的真实离焦距离z′: 获取PSF点扩散函数半波长值χest,根据χest=f1z获得离焦距离z; f1表示χest和离焦距离z的拟合关系; 式中,f为相机焦距,l表示被测液滴与透镜之间的距离; 根据被测液滴的最大梯度,获得被测液滴的焦点内参数lnfL3: 其中,表示被测液滴的最大梯度;dei为被测液滴直径;Imax为被测液滴的最大灰度水平;Imin为被测液滴的最小灰度水平; 根据lnfLq=f2z,dei分别获得z1、z2对应的焦点内参数lnfL1和焦点内参数lnfL2; f2表示焦点内参数lnfLq与z、dei的拟合关系; 根据lnfL1、lnfL2和lnfL3的关系,排除离焦距离z的不合理情况,确定被测液滴的真实离焦距离z′为z1或z2: 特征匹配模块,用于利用各喷雾图像中液滴的位置与形状特征,对相邻两张喷雾图像对应液滴以特征和距离较近两个因素为原则进行匹配,并通过V=Lt计算液滴的移动速度,L表示相邻两张图像中的同一液滴的移动距离,t表示相邻两张图片的拍摄获间隔时间。
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