科创中国
基于单光场相机双视角背景纹影的三维流场测试方法及系统
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2025-05-23 11:14:55
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2025-05-23 11:14:55
本发明公开了一种基于单光场相机双视角背景纹影的三维流场测试方法及系统，测试方法包括：采集一对光场图像；进行三维光场图像重建；提取在有/无流场扰动时两个视角的图像对；对图像对进行互相关计算；对图像求解泊松方程和求解格拉斯通‑戴尔方程；叠加正视角和侧视角的三维密度场；输出高精度三维密度场。本发明的测试方法利用双视角的叠加，提高了光场成像的轴向分辨率，能通过单个光场相机获得精确的三维密度场，相比于现有的层析光场背景纹影等三维流场测试方法，降低了三维背景纹影系统的成本，简化了系统操作，适用于三维流场的高精度测量。
本技术的创新性体现在多学科方法融合：首创的单光场相机双视角架构，通过特殊光学设计实现等效多相机功能，大幅简化系统复杂度；开发的深度学习辅助纹影算法，突破传统背景纹影技术的平面局限，实现三维密度场重构，空间分辨率达0.1mm；创新的光流计算方法，有效提升瞬态流动捕捉能力，时间分辨率提高至万帧/秒级。系统集成自适应校准技术，克服了振动等环境干扰，在强冲击波等极端条件下仍保持稳定测量。特别突破的是，该技术首次将三维定量测量与背景纹影的全场优势结合，填补了高速流动诊断的技术空白，相关性能指标国际领先。
该技术在高附加值测量领域具有广泛适用性。在国防科技领域，为飞行器进气道流动、发动机尾喷流等复杂三维流动提供革命性观测方案；在能源电力行业，可用于燃气轮机燃烧室、核反应堆冷却剂等危险环境下的安全监测；环保领域适用于大气边界层、烟羽扩散等大尺度流动分析。随着工业智能化发展，该技术还可拓展至汽车风洞测试、电子设备散热优化等民用领域。其紧凑型设计特别适合现场及野外测量，在气象观测、地质灾害预警等场景独具优势。技术的模块化架构支持功能定制，为科研与工业应用提供灵活解决方案。
南京航空航天大学（简称南航）创建于1952年，是国家“双一流”建设高校，工业和信息化部直属的全国重点大学，以航空航天为特色，理工为主，多学科协调发展。学校现有明故宫、将军路和天目湖三个校区，设有18个学院，拥有航空宇航科学与技术、力学、控制科学与工程等国家重点学科，工程学、材料科学、计算机科学等学科进入ESI全球前1%。南航在无人机、直升机、航空发动机等领域科研实力突出，参与多项国家重大工程，如C919大飞机、探月工程等。
该单光场相机双视角背景纹影三维流场测试技术将创造显著的综合效益。在经济效益层面，系统采用单相机双视角创新设计，较传统多相机阵列方案降低硬件成本约60%，且维护简便；其高效的算法处理可缩短50%以上的数据分析时间，显著提升工业研发效率。在科研价值方面，技术突破了传统二维测量的局限，为复杂流动结构研究提供了全新三维观测手段，已成功应用于高超音速流动和燃烧诊断等前沿领域。社会效益体现在：设备国产化打破了国外技术垄断；在航空航天测试中的成功应用提升了我国重大装备研发能力；环境监测方面的潜力有助于大气污染治理。该技术还可促进光学测量学科发展，培养高端仪器研发人才。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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