本發明屬于空氣動力學試驗測試，具體涉及一種基于條紋成像的高速流動速度獲取方法。
背景技術：
1、高速流動速度的測量是空氣動力學研究、高速飛行器設計以及地面風洞試驗中的重要基礎技術之一。尤其在瞬態高焓流場條件下，流動過程具有持續時間短、變化劇烈、空間尺度小等特點，對測速手段在時間分辨率、空間分辨率以及測量穩定性等方面提出了更高要求。如何在不干擾流場本身物理特性的前提下，實現高速流動速度的精確測量，一直是實驗流體力學領域關注的重點問題。
2、目前，高速流場測速方法主要包括接觸式測量方法和非接觸式光學測量方法。接觸式測量方法如皮托管測速，結構簡單，但易對流場產生擾動，且難以適用于高溫、高焓或強脈動流動環境。非接觸式光學測速方法中，粒子圖像測速（piv）技術通過向流場中引入示蹤粒子并對其運動進行成像分析，從而反演流場速度分布，但在高速或高焓流動條件下，示蹤粒子的引入可能對流場造成一定污染，影響流動的真實性，同時粒子在高溫環境中的生存性和跟隨性也會對測速精度產生不利影響。
3、此外，基于激光誘導熒光等方式的光學測速方法在一定程度上減少了對流場的直接干擾，但其測量效果仍受制于激光脈沖能量、成像系統時間響應能力以及同步控制精度。在組合式脈沖高焓風洞等實驗環境中，流場持續時間通常處于微秒至毫秒量級，傳統連續曝光或低時間分辨率成像方式難以對流動過程進行有效捕捉。同時，現有測速方法在多幀同步采集、成像穩定性以及后續數據處理一致性方面仍存在不足，限制了高速流動速度測量精度和重復性的進一步提升。
技術實現思路
1、本發明要解決的問題是提高高速流動速度測量精度，提出一種基于條紋成像的高速流動速度獲取方法。
2、為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現：
3、一種基于條紋成像的高速流動速度獲取方法，包括如下步驟：
4、s1.?搭建測量系統；
5、s2.?構建時序控制與多延時門控采集方法，設置在不同延時條件下依次觸發像增強器的門控開啟，并同步獲取與各延時時間相對應的激光條紋圖像；
6、s3.?計算尺度換算參數，在與實際測量一致的成像條件下，獲取包含已知幾何尺寸標定目標的標定圖像，用于建立圖像像素坐標與實際物理尺寸之間的對應關系；
7、s4.?利用步驟s2的時序控制與多延時門控采集方法，基于測量系統采集圖像，并基于步驟s3得到的圖像像素坐標與實際物理尺寸之間的對應關系進行圖像處理，計算基于條紋成像的高速流動速度。
8、進一步的，步驟s1中的飛秒激光器發出的激光經過反射鏡ⅰ、反射鏡ⅱ反射后入射到多程壓縮器中，再次出射的激光經過反射鏡ⅲ反射，再經過平凹透鏡、平凸透鏡后，入射到真空室中的目標區域；所述飛秒激光器連接同步信號發生器，所述同步信號發生器信號觸發高速相機和像增強器，所述高速相機連接像增強器，所述像增強器連接長焦鏡頭，所述高速相機連接計算機裝置。
9、進一步的，步驟s1中的所述高速相機、像增強器安裝在固連裝置上；所述長焦鏡頭對準真空室中的目標區域。
10、進一步的，步驟s1中的所述固連裝置包括像增強器安裝板和相機安裝梯臺，所述像增強器安裝板為長方形板，所述像增強器安裝板的右半部分區域上安裝有相機安裝梯臺，所述像增強器安裝板和相機安裝梯臺上均設置有多個沿固連裝置長邊平行方向延伸的鏤空凹槽。
11、進一步的，步驟s2中在每一個曝光周期內，像增強器按照不同時間延時策略進行門控開啟；觸發飛秒激光器出光的同時，進行首次像增強器的門控開啟，隨后以固定的時間間隔依次延后開啟門控，像增強器每次門控開啟時間為，設置采集n幀圖像，第次門控開啟時間為，。
12、進一步的，步驟s3得到圖像像素坐標與實際物理尺寸之間的對應關系為尺度換算參數，用于后續測量結果由像素尺度向物理尺度的轉換。
13、進一步的，步驟s4的具體實現方法包括如下步驟：
14、s4.1.?按照步驟s2的時序控制，采集l張圖像，設為其中的任意一張圖像，x表示圖像水平方向的像素坐標，y表示圖像垂直方向的像素坐標；
15、s4.2.?對進行背景校正以及去噪平滑處理，得到校正后的圖像，表達式為：
16、
17、其中，為通過無激光條件下采集的圖像；
18、然后對進行平滑處理得到：
19、
20、其中，為平滑處理后的圖像，表示卷積運算，為二維平滑核函數；
21、s4.3.?對平滑處理后的圖像，采用坐標變換或者圖像旋轉的方式使得激光條紋的總體延伸方向與圖像的水平方向一致，然后利用亮度序列和模版函數計算歸一化互相關函數，取歸一化互相關函數的最大值對應的平移量作為激光條紋中心的粗定位結果，進行激光條紋中心粗定位，得到激光條紋中心在多個位置處的粗定位點集合；
22、s4.4.?在每一個采樣位置處，以步驟s4.3得到的對應的粗定位結果為中心，沿垂直于激光條紋延伸方向選取局部搜索區間，其中，為預設的搜索半寬度；
23、在所述局部搜索區間內，提取局部亮度數據；
24、在所述局部搜索區間內，采用高斯模型對激光條紋在垂直方向上的亮度分布進行建模，高斯模型表達式為：
25、
26、其中，為條紋亮度幅值參數；為激光條紋中心位置的亞像素坐標；為激光條紋的橫向寬度參數，為背景偏置項目；
27、通過最小二乘準則，對局部亮度數據與高斯模型進行擬合，求解模型參數，；
28、擬合完成后，取作為采樣位置處激光條紋中心的精確定位結果，即；對所有采樣位置分別進行上述步驟，得到激光條紋的亞像素級定位點集合：，m為采樣位置的總個數；
29、s4.5.?對激光條紋的亞像素級定位點集合中離散的中心定位點進行整體構建與平滑處理，構建激光條紋中心點序列，對激光條紋中心點序列進行一致性檢查，剔除明顯偏離局部趨勢的異常點；
30、然后采用多項式函數對一致性檢查后的激光條紋中心點序列進行擬合：，其中，表示激光條紋中心線在圖像中的縱向坐標值，為多項式階數，為擬合系數，為橫坐標x的第j次冪項，根據擬合結果，得到激光條紋中心線的表達式為，所述激光條紋中心線作為最終條紋提取結果；
31、s4.6.?對于采集的l張圖像，按照步驟s4.2-步驟s4.4的方法進行處理，得到不同時刻激光條紋圖像的激光條紋中心先在圖像坐標系的連續表達；
32、對于第t幀圖像的激光條紋中心線，，為第t幀圖像中激光條紋中心線在圖像中的縱向坐標值；
33、設置從中心線中圖區用于表征整體位置的特征位置通過對中心線在條紋延伸方向上的坐標進行統計得到：
34、
35、其中，為第t幀圖像中第i個中心點的亞像素縱坐標，為第t幀圖像的特征位置；
36、對相連兩幀圖像獲得特征位置進行差分計算，得到條紋在像素坐標系下的位移量：
37、
38、然后計算實際速度為：
39、
40、其中，為相鄰兩幀圖像之間的時間間隔；
41、對任意兩幀相連圖像按照步驟s4.6計算速度，并將所有速度做平均處理，作為最終的基于條紋成像的高速流動速度。
42、本發明的有益效果：
43、本發明所述的一種基于條紋成像的高速流動速度獲取方法，通過引入飛秒激光與多程壓縮器相結合的激光激發結構，在保證激光能量傳輸效率的同時，實現對超短脈沖激光峰值功率的有效提升，從而為高速流動條紋成像提供穩定、高對比度的激光照明條件。多程壓縮器通過延長非線性作用的等效傳播路徑，在降低單次非線性作用強度的前提下實現脈沖壓縮，有利于提高系統運行穩定性并減少光學損傷風險，為高速流場的瞬態成像提供可靠的激光源基礎。在此基礎上，本發明結合多延時門控成像與精確同步時序控制，實現了高速流動過程中激光條紋的多幀獨立采集，并通過構建完整的激光條紋中心提取與演化分析流程，實現條紋中心位置的亞像素級精確定位。通過對條紋中心線進行整體構建并轉化為速度計算所需的特征量，實現了高速流動速度的穩定反演。本發明方法流程清晰、系統集成度高，適用于瞬態高速流動條件下的速度測量，具有良好的工程適用性和測量可靠性。