一种用于风洞试验面测量试验数据后处理方法与流程

1.本发明涉及一种用于风洞试验面测量试验数据后处理方法，属于空气动力学试验领域，也可推广到其它数据由大规模二维矩阵构成的试验数据处理领域。


背景技术：

2.地面风洞试验是各类飞行器设计过程首先需要开展的工作，以获取目标飞行器构型的力热特性等参数。为应对飞行器设计不断精细化的需求，风洞试验人员不断研发了各种先进测量技术，更加精确全面的提供试验数据。对于表面的压力和热流这类分布式的参数，测量手段也从布置有限传感器获取有限离散点的数据，发展为表面施加温敏漆、压敏漆涂层，通过观测涂层的光学变化来获取整个表面的数据。
3.这类全表面的测试技术相比传统测试手段有着多方面的优势，在确保精度的同时可以获得更广泛的信息，但由于其数据量巨大，试验的后处理工作也变得困难。在这类试验中，通常是从一个或多个角度持续拍摄图像，之后选取有效的一帧或多帧图像，提取每个象素点的灰度或rgb数值进行运算，最后获得对应点的温度或压力信息，数据结果则可以通过专用数据分析软件以伪彩色云图的形式呈现出来，这个过程是可以通过编程实现批处理的，虽然比传统测试手段慢，但也是可以接受的。更加困扰试验人员的是，试验获得的照片不都是理想的，比如模型加工的局部瑕疵，风洞流场的碎屑，局部反光，相机和模型在试验过程中因震动引起的图像畸变，这些都会使试验结果产生局部失真，试验人员往往需要自己编写数据处理算法来处理，速度慢的同时也容易出错。可见，全表面的测试技术相比传统测试手段有着多方面的优势，在确保精度的同时可以获得更广泛的信息，但由于其数据量巨大，试验的后处理工作也变得困难。针对上述问题，需要开发一种针对面测量数据的方便有效的处理方法。
4.针对上述问题有两类解决思路，可以直接针对数据云图开发处理工具，然后集成到一个专用分析软件里，但需要花费较高的时间成本和人力成本，甚至需要根据使用情况进行产品迭代。


技术实现要素：

5.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于风洞试验面测量试验数据后处理方法，提高面测量试验数据后处理的效率。
6.本发明的技术方案：一种用于风洞试验面测量试验数据后处理方法，所述风洞试验面测量试验数据为通过光学手段获取的二维矩阵数据，该方法包括如下步骤：
7.s1、将面测量试验数据进行线性转换到色彩空间的可分辨范围内，得到面测量伪彩色云图；
8.s2、将面测量伪彩色云图转换为面测量rgb图像；
9.s3、对面测量rgb图像进行图像处理；
10.s4、将经过图像处理之后的面测量rgb图像中每个像素的r、g、b值换算色相值；
11.s5、将步骤s4中每个像素对应的色相值，通过步骤s1线性转换的逆运算转换为数据，即可得到特定数据处理后的面测量试验数据。
12.优选地，所述步骤s3对面测量rgb图像进行图像处理，以去除局部瑕疵、使图像边缘清晰或者完成多幅面测量rgb图像拼接。优选地，所述面测量试验数据为二维压力数据分布、温度数据分布或者热流数据分布。
13.优选地，所述步骤s1线性转换方法如下：
[0014][0015]
其中，hue为面测量伪彩色云图色相值，d为面测量试验数据，240为由可变光由蓝变到红的色相值跨度，d
min
为面测量试验数据最小值，d
max
为面测量试验数据最大值。
[0016]
优选地，所述步骤s2为根据面测量伪彩色云图色相值hue，在保持饱和度最大的前提下，求得r、g、b三者的值，从而得到面测量rgb图像。
[0017]
优选地，r、g、b三者的值计算方法如下：
[0018]
0≤hue《60时
[0019]
b＝255,r＝0,
[0020]
60≤hue《120时
[0021]
g＝255,r＝0,
[0022]
120≤hue《180时
[0023]
g＝255,b＝0,
[0024]
180≤hue≤240时
[0025]
r＝255,b＝0,
[0026]
优选地，当面测量试验数据存在奇点，特定数据处理为去除奇点时，所述步骤s3采用图像处理软件中的污点去除工具对面测量rgb图像进行图像处理，去除局部瑕疵。
[0027]
优选地，当面测量试验数据部分区域边界处失真，特定数据处理为边缘失真数据校正时，所述步骤s3采用图像处理软件对面测量rgb图像进行锐化处理，使图像边缘清晰。
[0028]
优选地，当面测量试验数据受到打光不均的影响，造成局部数据偏差，特定数据处理为数据偏差校正时，所述步骤s3采用图像处理软件为对面测量rgb图像颜色深浅进行调正处理，使图像边缘清晰。
[0029]
当面测量试验数据来自多个不同角度，得到多个面测量rgb图像，特定的数据处理为数据拼接时，所述步骤s3采用图像处理软件调整面测量rgb图像间的方位姿态以及对图片过渡区域进行衔接处理，完成多幅面测量rgb图像的拼接自然流畅。
[0030]
所述图像处理软件为photoshop或sai软件。
[0031]
步骤s4的计算公式如下：
[0032]
x＝r-0.5g-0.5b
[0033]
y＝g sin(2π/3)-b sin(2π/3)
[0034]
hue＝atan2(y,x)*180/π
[0035]
其中，r、g、b为数字彩色图像三元色的值，hue为色相值，x、y为色相值hue在矢量平面内横轴和纵轴的投影。
[0036]
本发明与现有技术相比的优点如下：
[0037]
(1)、本发明将风洞试验面测量试验数据转化为图像，利用现有的成熟图像处理软件对数据进行处理，将处理完的图像重新转换为试验数据，大幅提高数据后处理的处理效率，甚至提高数据展示度。
[0038]
(2)、本发明利用成熟的图像处理工具获取便利和优势，比自行编写的工具更加全面和完善。
[0039]
(3)、本发明根据面测量伪彩色云图色相值hue，在保持饱和度最大的前提下，求得r、g、b三者的值，从而得到面测量rgb图像，人眼更加容易分辨。
附图说明
[0040]
图1为本发明实施例一种用于风洞试验面测量试验数据后处理方法流程图；
[0041]
图2为本发明实施例由hue值计算r、g、b值的方法示意图。
具体实施方式
[0042]
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0043]
本发明的设计思路是利用现有的成熟图像处理软件(如ps)对数据进行处理，因为图像处理的本质也是对矩阵进行运算，这些成熟的商用工具甚至会比自行编写的工具更加全面和完善。那么问题的核心就成为了如何将试验数据转化为图像，以及将处理完的图像重新转换为试验数据。
[0044]
数字图像一般有以下几类：1)黑白图，由0和1构成的矩阵；2)灰度图，由0～2n之间整数构成的矩阵；3)rgb图，r、g、b三个量分别由各自矩阵构成。黑白图显然不合适，灰度图理论上是满足要求的，但人眼对于灰度的分辨不够敏感，不能快速直观的发现数据中不协调的区域，处理的结果也就很难令人满意。因此这里选取rgb图作为转换的对象。
[0045]
基于上述两点，本发明提出了一种用于风洞试验面测量试验数据后处理方法。
[0046]
如图1所示，该方法包括如下步骤：
[0047]
s1、将面测量试验数据进行线性转换到色彩空间的可分辨范围内，得到面测量伪彩色云图；
[0048]
所述风洞试验面测量试验数据为通过光学手段获取的二维矩阵数据，例如：二维压力数据分布、温度数据分布或者热流数据分布。
[0049]
线性转换方法如下：
[0050][0051]
其中，hue为面测量伪彩色云图色相值，d为面测量试验数据，240代表的是由可变光蓝变到红的色相值跨度，d
min
为面测量试验数据最小值，
[0052]dmax
为面测量试验数据最大值。
[0053]
线性转换过程也是归一化过程，可以将试验数据与色彩空间中表征颜色的色相值建立映射关系，方便后续处理。
[0054]
s2、将面测量伪彩色云图转换为面测量rgb图像；
[0055]
本步骤根据面测量伪彩色云图色相值hue，在保持饱和度最大的前提下，求得r、g、b三者的值，从而得到面测量rgb图像。
[0056]
所述步骤s2的具体步骤如下：
[0057]
0≤hue《60时
[0058]
b＝255,r＝0,
[0059]
60≤hue《120时
[0060]
g＝255,r＝0,
[0061]
120≤hue《180时
[0062]
g＝255,b＝0,
[0063]
180≤hue≤240时
[0064]
r＝255,b＝0,
[0065]
s3、采用图像处理软件对面测量rgb图像进行图像处理；
[0066]
后处理的目的是：有瑕疵或畸变区域进行处理并保存，这些瑕疵或畸变是由试验过程中的杂质碰撞或者光学干扰所造成，并不反应试验需要观察的现象，需要去除。
[0067]
因此，本步骤可以采用图像处理软件进行后处理，以去除局部瑕疵、使图像边缘清晰或者完成多幅面测量rgb图像拼接。所述图像处理软件为photoshop或sai软件。
[0068]
本步骤至少包括如下几种处理方式中的一种：
[0069]
受到试验模型涂层出现污点，试验过程中出现杂质，或者模型孔，当面测量试验数据中会存在奇点。当面测量试验数据存在奇点，特定数据处理为去除奇点时，采用图像处理软件中的污点去除工具对面测量rgb图像进行图像处理，去除局部瑕疵。
[0070]
面测量试验数据通过光学手段获取，受到试验模型复杂程度影响，光学手段获得的部分区域图像欠清晰。当面测量试验数据部分区域边界处失真，特定数据处理为边缘失真数据校正时，采用图像处理软件对面测量rgb图像进行锐化处理，使图像边缘清晰。
[0071]
当面测量试验数据受到打光不均的影响，造成局部数据偏差，特定数据处理为数据偏差校正时，采用图像处理软件为对面测量rgb图像颜色深浅进行调正处理，使图像边缘清晰。
[0072]
有的试验模型偏大，一个角度的光学手段视场有限，有时候通过多个角度多个光学手段获取多组面测量实验数据，再将多组面测量实验数据进行拼接得到整体面测量数据。当面测量试验数据来自多个不同角度，得到多个面测量rgb图像，特定的数据处理为数据拼接时，采用图像处理软件调整面测量rgb图像间的方位姿态以及对图片过渡区域进行衔接处理，使得多幅面测量rgb图像的拼接自然流畅。
[0073]
s4、将经过图像处理之后的面测量rgb图像中每个像素的r、g、b值换算色相值；
[0074]
步骤s4的计算公式如下：
[0075]
x＝r-0.5g-0.5b
[0076]
y＝g sin(2π/3)-b sin(2π/3)
[0077]
hue＝arctan(y,x)*180/π
[0078]
其中，r、g、b为数字彩色图像三元色的值，hue为色相值，x、y为色相值hue在矢量平面内横轴和纵轴的投影。
[0079]
s5、将步骤s4中每个像素对应的色相值，通过步骤s1线性转换的逆运算转换为数据，即可得到特定数据处理后的面测量试验数据。
[0080]
说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。