纹影成像系统-项目立项报告

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1、编号：哈尔滨工业大学大一年度项目立项报告项目名称：纹影成像系统项目负责人：王家辉学号：1161140209联系电话：15545563849电子邮箱：wjh722@Foxmail.com院系及专业：理学院物理系光电信息科学与工程指导教师：姚凤凤职称：副教授联系电话：电子邮箱：院系及专业：哈尔滨工业大学基础学部制表填表日期：年月日8一、项目团队成员（包括项目负责人、按顺序）姓名性别所在院系学号联系电话本人签字王家辉男理学院物理系116114020915545563849王金梦男理学院物理系116114021118846088081刘炎武男理学院物理系11611

2、4021218846935142王思元男理学院物理系116114022318846657105二、指导教师意见签名：年月日三、项目专家组意见批准经费：元组长签名：（学部盖章）年月日8（一）立项背景纹影成像是利用光在被测流场中的折射率梯度正比于流场的气流密度的基本原理进行测量的，广泛用于观测气流的边界层、燃烧、激波、气体内的冷热对流以及风洞或水洞流场。纹影仪，是根据光线通过不同密度的气流而产生的角偏转来显示其折射率，是一种测量光线微小偏转角的装置。它将流场中密度梯度的变化转变为记录平面上相对光强的变化，使可压缩流场中的激波、压缩波等密度变化剧烈的区域成为可观

3、察、可分辨的图像。纹影成像，又称纹影技术，包括黑、白纹影法，彩色纹影法和干涉纹影法，是用纹影系统进行流场显示和测量的最常用的光学方法。纹影法首先由Toepler于1884年提出，并应用在光学玻璃折射率的检测中。1952年，Holde和Norht在纹影系统上使用白光的分光棱镜，实现了彩色纹影成像，扩大了纹影技术的应用范围；1962年，Bland和pelick用纹影法研究了水的压力和温度效应后指出，纹影法实用于水洞的流场显示；1974年，Merzkirch对可压缩流场中的纹影技术进行了分类，把涉及到在纹影系统上进行的干涉纹影法的研究，包括光栅干涉、棱镜干涉以及

4、Moire条纹干涉等，均归类于纹影技术 ,并得到同行的认可。纹影技术作为非接触式流场可视化手段已存在近百年，广泛应用于射流、空气动力学和传热等研究领域。然而在实际应用中，纹影通常仅作定性观察和分析，极少作为定量化的测试手段。这主要有２个原因：首先，影响纹影图像灰度的因素很多，如光源强度、玻璃透射率、测试区厚度等，导致难以建立图像与待测物理量之间的定量关系；其次，纹影图像反映折射率的一阶导数场，提取数据困难。然而，随着计算机技术，特别是图像处理技术的发展，纹影的定量化测量逐渐成为了可能。国外，Agrawal等利用彩色纹影得到了火焰的温度场。Hargather

5、等对“Ｚ”字形纹影、彩色纹影和背景纹影（BOS）在平板传热实验中的定量化进行了比较，结果显示3种纹影技术在平板传热试验中都可以达到很好的精度。国内，叶继飞等利用彩色纹影对密度场进行了定量化测量。周昊等采用背景纹影对火焰温度进行了定量化测量。对于纹影系统的发展应用则很有意义。不管什么飞机，包括隐身飞机，在空气中飞行的时候，都会引起相对平静的气流的剧烈扰动，就如同高速快艇在水面上飞驰，掀起一道白色的波浪一样。飞机对气流的扰动，会形成巨大的尾涡流，这些涡流会在空中保持很长一段时间，因此，机场上客机的飞机起飞必须间隔一段时间，以使后面的飞机避开前面飞机的涡流，避免

6、发生飞机失控的事故。飞机的涡流是如此的巨大和持久，虽然用肉眼看不见，但是在纹影摄像机面前，就如同平静水面上的划过的波浪一样清晰。纹影摄影反隐身正是基于这个原理。纹影摄像机虽然看不见隐身飞机，但可以清晰的看见飞机飞行产生的空气涡流轨迹，而这个涡流轨迹是无法用现有技术消除的，在摄像机上，就像蓝天上飞机的尾气云一样明显。任何飞机，都无法摆脱被发现的命运。虽然隐身飞机对自己的尾气进行了很多技术处理，比如添加特殊的化学物质来降低尾流的温度，采用特殊的喷射途径，使其迅速与周围的空气混合，如此等等。通过降低红外信号特征，来实现难以被探测的目的。但是，它无法改变的是，尾流

7、会加热周围的空气，使飞机飞过的地区温度明显高于天空背景的温度。因此，改进纹影摄像机，使其工作的波段处于中远红外的波段，在红外纹影摄8像机面前，夜空中隐身飞机扰动的气流轨迹，就像夜空中流星的轨迹一样明显，隐身就根本无从谈起。如果将红外纹影摄像机，结合被动光学测距技术，就可以对隐身飞机进行有效的定位，多个纹影摄像机连接成监控网络，就能对隐身飞机进行持续的跟踪，并引导自己的飞机和防空导弹消灭隐身飞机。目前，人们已经在这方面已经有了一些进展，但是能使用的纹影成像系统还不甚完善精度也不够，本组的主要目的就是做出一套完整的纹影成像的装置并看到清晰精确的图像。由此可见，

8、纹影成像技术未来的研究趋势主要是针对运动物体的描述和对空气密度改变