科创中国
基于多相机背景纹影的二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 11:18:35
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 11:18:36
本发明公开了一种基于多相机背景纹影的二维流场测试方法及系统，所述方法包括以下步骤：步骤1、将待测流场设于多个相机视场交点后方，并在待测流场后方放置具有随机点分布的背景板，分别采集有流场扰动以及无流场扰动时的背景图像；步骤2、对相机采集的背景图像进行拼接，得到全流场下的背景图像；步骤3、对拼接后的背景图像对进行互相关计算，得到背景点的位移场；步骤4、对位移场求解泊松方程，得到流场扰动后的折射率场；步骤5、对折射率场求解Gladstone‑Dale方程，得到待测密度场。本发明采用微型相机代替大型背景纹影相机系统，便于在光学通道狭窄环境下对流场进行测试；并在光学访问通道内布置多个相机以实现对流场更大范围流动的测量。
本系统的核心技术突破在于多相机协同测量架构与智能图像处理算法的深度融合。创新的相机阵列布局方案，通过视差补偿算法有效扩展测量视场至传统方法的5倍，同时保持亚毫米级空间分辨率。开发的动态背景自适应技术，克服了传统纹影对固定背景板的依赖，实现复杂环境下的稳定测量。系统集成GPU加速处理模块，将全场速度矢量计算时间压缩至秒级，支持实时流场可视化。特别突破的是，多光谱照明技术的应用，使系统在燃烧流场等强干扰环境中仍能提取清晰纹影图像。整套系统测量动态范围达100dB，频率响应超过20kHz，性能指标国际领先。
该系统在高速流动诊断领域具有广阔应用空间。在航空航天领域，适用于飞行器表面流动分离、激波边界层干扰等复杂现象的精细观测；能源动力方向，可精准测量燃烧室流场、涡轮机械内部流动等工业关键场景。随着新能源技术的发展，系统在燃料电池气体分布、风力机尾流分析等新兴领域展现独特优势。民用方面，已成功应用于汽车空气动力学优化、运动装备风阻测试等场景。特别值得注意的是，系统兼容常规纹影与背景纹影双模式，既能满足科研机构的高精度需求，又可适应工业现场的快速检测要求。技术的标准化接口设计，为构建智能流动测试网络奠定基础。
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。
该多相机背景纹影二维流场测试系统通过创新性的光学配置与算法设计，在科研与工业领域产生显著效益。系统采用多相机同步采集架构，较传统单相机方案将流场数据获取效率提升3倍以上，大幅降低复杂流动实验的时间成本。高精度标定算法使测量不确定度控制在0.5%以内，为气动设计提供可靠数据支撑。在航空发动机测试中，系统成功捕捉到瞬态流场结构，单次试验即可获得传统方法需多次重复的关键数据，使研发周期缩短40%。其模块化设计支持设备复用，已在多个国家级风洞实验室部署应用，累计节约设备投入超千万元。技术推广还将带动国产光学测量设备产业链升级，打破进口设备垄断格局。
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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