一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法和设备

本发明涉及气动力学及流体力学测试，尤其是涉及一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法和设备。

背景技术：

1、压力敏感涂料(pressure sensitive paint,psp)是一种先进的光学测量技术，通过在模型表面喷涂特殊涂料并利用uv光源激发，利用光致发光过程中的“氧猝灭”效应，测量待测模型表面的压力变化。这种技术与传统的接触式测压方法相比，具有高空间分辨、低成本和良好模型适应性等优点，已广泛应用于空气动力学实验中。

2、在模型拐角位置(如机翼与机身衔接处)容易出现psp发射光在相邻表面相互反射的问题。这类混杂反射信号的图像，在压力梯度变化较大的区域将无法通过图像作比或原位标定的方法消除，这将严重影响psp技术的测量精度。所以迫切需要对这类存在多表面反射问题的图像进行误差校正，以获取待测表面的真实光信号，实现psp的高精度测量。

3、目前广泛采用的多表面反射的误差校正方法主要基于对大型线性方程组的计算，对三维三角网格的数量及曲率变化、三维网格与二维图像的对应关系等均提出了较高的要求。此外，由于二维像素点和三维三角面片并非一一对应关系，因此在校正过程中还需要进行大量插值与近似。因此现有方法的计算成本较高，实际应用限制多，无法实现压敏涂料多表面反射误差准确可靠的校正。

4、综上，当前缺少一种多表面反射误差校正方法，以解决或部分解决前述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法和设备，以实现压敏涂料多表面反射误差准确可靠的校正。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的一个方面，提供了一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，包括如下步骤：

4、获取压敏涂料在发射光波长的反射率；

5、获取多表面待测区域的三角网格数据；

6、获取喷涂有压敏涂料的所述多表面待测区域的真实发光图像，以及拍摄所述真实发光图像时的相机参数；

7、基于所述三角网格数据以及所述相机参数，初始化所述待测区域中各个三角面片的发光强度，通过可微光线追踪，获取发射光波长的反射率对应的多表面待测区域的仿真图像，以最小化所述仿真图像与所述真实发光图像之间的模拟误差为目标，对仿真图像进行迭代优化；

8、基于迭代优化后的仿真图像，将压敏涂料的反射率配置为零，通过可微光线追踪获取表面反射为零时的校正图像。

9、作为优选的技术方案，所述的模拟误差的计算过程包括如下步骤：

10、通过多尺度的高斯滤波和降采样，捕获仿真图像和真实发光图像在不同尺度下的差异信息，计算模拟误差。

11、作为优选的技术方案，所述的模拟误差采用下式计算：

12、

13、

14、其中，img_1为真实发光图像，img_2n表示第n次迭代时，利用可微光线追踪技术获取的仿真图像，diff表示不同尺度下的差异图像，avgpool2×2为大小为2×2的平均池化层，gf7×7为大小为7×7的高斯滤波核，滤波时在图像边界进行均匀零填充，padding为填充值，h和w分别表示原始图像高和宽的像素数，loss为模拟误差。

15、作为优选的技术方案，在迭代优化过程中，每个像素点的光强采用下式更新：

16、i＝∫∫f(u,v；c,e)dudv

17、其中，i为像素点的光强信息，f为包含相机、模型和光源参数的场景函数，c、e分别为相机参数、每个三角面片的发光强度。

18、作为优选的技术方案，当模拟误差小于预设阈值，或迭代次数超过设定值，终止迭代优化。

19、作为优选的技术方案，所述的相机参数包括图像分辨率、相机位置、相机朝向、相机视场角和相机拍摄图像的高度方向。

20、作为优选的技术方案，通过配置多表面的三角面片的大小，使得每个三角面片能够反映对应区域的发光强度。

21、作为优选的技术方案，所述的发射光波长的反射率的测量过程包括如下步骤：

22、利用积分球测量压敏涂料的发射光波段下的反射率。

23、本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器以及存储器，所述存储器内储存有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行前述面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法的指令。

24、本发明的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行前述面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法的指令。

25、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：

26、(1)测量精度高：本发明克服了现有技术计算量大、模型限制多的缺点，通过精细化的误差校正流程显著提高了最终的测量精度，且整个校正过程简单实用，具有广泛的适用性，能够有效应对基于压敏涂料测量的各种复杂模型的多表面反射挑战，为实现压敏涂料高精度、高可靠性的测量提供了有力支持。

27、(2)应用场景广泛，成本低：本发明仅需保证待测模型三维三角网格的大小及其重建精度，对模型表面曲率的变化幅度、多表面数量等因素无额外限制，且无需进行二维图像与三维模型间的相互映射，减少了插值计算，显著降低了计算成本，在有效消除多表面反射干扰的同时，维持图像像素点与模型表面的对应关系不变，避免了额外的图像配准步骤。

技术特征：

1.一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，所述的模拟误差的计算过程包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，所述的模拟误差采用下式计算：

4.根据权利要求1所述的一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，在迭代优化过程中，每个像素点的光强采用下式更新：

5.根据权利要求1所述的一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，当模拟误差小于预设阈值，或迭代次数超过设定值，终止迭代优化。

6.根据权利要求1所述的一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，所述的相机参数包括图像分辨率、相机位置、相机朝向、相机视场角和相机拍摄图像的高度方向。

7.根据权利要求1所述的一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，通过配置多表面的三角面片的大小，使得每个三角面片能够反映对应区域的发光强度。

8.根据权利要求1所述的一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法，其特征在于，所述的发射光波长的反射率的测量过程包括如下步骤：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器以及存储器，所述存储器内储存有一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法的指令。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法的指令。

技术总结
本发明涉及一种面向压敏涂料测量的多表面反射误差校正方法和设备，引入可微光线追踪技术对“压敏涂料发光至相机成像”的过程进行仿真模拟，基于已知的压敏涂料反射率、图像分辨率、相机与模型摆放的相对位置等参数，通过反向传播算法精准解析模型表面压敏涂料的真实发光强度。最后，通过将压敏涂料的反射参数调整为零，直接生成相机成像视角下无反射影响的图像，从而在有效消除多表面反射干扰的同时，维持图像像素点与模型表面的对应关系不变，避免了额外的图像配准步骤。与现有技术相比，本发明具有测量精度高、应用场景广泛，成本低等优点。

技术研发人员：朱自超,彭迪,刘应征
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/3