片光流动显示图像处理方法开发.pdf

空气动力测控技术五届四次测控学术交流会论文集 片光流动显示图像处理方法开发 刘国政 多勐 明强 李周复 张伟 (中国航空工业空气动力研究院，黑龙江哈尔滨150001) 摘要开发了片光流动显示的相位平均和三维重建图像处理方法，并利用这些方法对80。三角翼片 光流动显示结果进行了处理，获得了相位平均图像和三维重建图像．流动显示图像的相位平均技术不仅能 大大削弱图像中的噪声信号、使流动图像更加清晰，而且是大姿态角动态试验中涡流场特性研究和定量确 定涡核位置的有效技术．建立在多片光流动显示基础上的流动图像三维重建技术，能够获得流动的空间显 示，是研究空间涡的破碎、绕合、再附等现象的有效手段． 关键词流动显示图像处理相位平均三维重建 1． 引言 在大幅度俯仰和滚摆流动显示试验中，在不同周期相同相位角(呶卿运动方向)时，流动图 像不一样，尤其是俯仰下程和滚摆背风侧【卜引。类似于动态试验气动载荷和压力分布的相位平均【1q】， 研发了动态流动显示图像处理的多帧相位平均技术，用于分析动态气动特性和定量确定前缘分离涡 位置。 在以往的单片光流动显示试验中，激光片光一般垂直于模型表面某个位置，仅能得到流场中该 平面内的流动图像。为获得流动的空间显示，需要静止多片光或扫描式多片光，流动显示试验后经 图像处理和三维重建得到三维流动图像。因此，研发了流动显示图像的三维重建技术，用于获得空 间涡流动图像。 采用上述新研发的流动显示技术，对80。三角翼开展了片光流动显示图像的相位平均处理和三 维重建。 2． 片光流场显示图像处理方法 2．1 涡核位置的计算方法 对流动显示图像的灰度值进行阀值滤波，对大于或小于阀值的灰度值赋O；求出阀值滤波后剩 下的涡核区图像的灰度中心，即涡核位置。其原理相当于按照一定的灰度值(阀值)沿涡核外圈画 等灰度线，并去掉等灰度线外面的部分，对剩下的涡核区图像求灰度中心。 2．2 流动显示图像的相位平均处理方法 流动显示图像受激光强度、粒子浓度和片光的均匀性等因素影响，表现为图像中的噪声信号； 模型大迎角动态运动时流场非定常，相同的舐卿运动方向(上程或下程)时，流动图像不～样， 利用任何单帧图像都不能准确确定涡核位置。对相同状态的流动图像平均，不仅可以消除噪声信号 的干扰，而且可以提高定量确定涡核位置的精度。 串气动力测拧技术五届网次测摔学术交流会硷立集 将车日同相位的流动显示图像数字化，并把对应像素点的灰度值半均，将平均后的灰度值用伪彩 色显示出来，即可获得相位、F均酎像。 2．3 流动显示围像的三维重建处理方法 对各片光位置的流动显示图像进行预处理，计算出左右前缘涡涡核位霄。刨建一个三维空间， 将各什光位箕的流动显示图像按其真实位最好图像处理重现在二维空间巾，同时将爿算出来的涡棱 位霄依次连接起来．辊不涡核的审问状态．即获得二维重建图像。 3．片光流场显示图像处理结果与分析 31 涡校位I的计算 刚1显小r涡核位置的计算过程。刚像的坐标原点在左1．角，x轴止向为打、y轴正向为r，单 何为像素，1像素对应实际尺寸约为0 9一，F同。原始图像人小为300×250；切割r左翼前缘涡的 图像，原点在原罔中搬标为(50，20)，大小为80×80(放大，r间)：对其进行阀值滤波，斟r 84，41 64，6143)； 涡核区的幽像：对剩F的蚓像求得灰度中心坐标为(39 43)，即涡桉位置为(89 将(90，61)在图像中用‘4”标m。 ／÷20I_：孓_●P 目1藕棱位置的计算 袁1相位平均前后崭檀的位置 I 05 575 3．2 相位平均流动显示