[发明专利]基于双层图形透射成像的液面变形和形貌测量方法和系统

权利要求书

1.一种基于双层图形透射成像的液面变形和形貌测量方法，其特征在于，包括步骤：

提供图像采集设备，将图像采集设备设置在液面远离地面的一侧，且所述图像采集设备与所述液面具有间隔，并对所述图像采集设备进行标定；

提供具有一定厚度的介质，并将所述介质置于所述液面底部，在垂直于地面所在平面的方向上，所述介质包括相对设置的上层和下层，所述上层和下层均具有信息载体图形；

所述液面静止时，利用图像获取方法通过所述图像采集设备对信息载体图形进行图像采集，得到液面静止时的信息载体图像，所述图像获取方法包括所述图像采集设备采集双层信息载体图像，上层信息载体图形和下层信息载体图形的图像采集到同一图像中，利用几何相位分析技术或者彩色阈值提取法将上层信息载体图形的图像和下层信息载体图形的图像分开到两张图像中，形成上层信息载体参考图像与下层信息载体参考图像；

当所述液面发生形变时，利用所述图像获取方法对信息载体图形进行图像采集，得到液面形变后的信息载体畸变图像，所述信息载体畸变图像包括上层信息载体畸变图像和下层信息载体畸变图像，采集一张信息载体畸变图像时，最终测量的是采集时刻的液面瞬时形貌，当采集随时间变化的序列信息载体畸变图像时，最终测量得到的是液面随时间变化的形貌；

以液面静止时获取的上层信息载体参考图像与下层信息载体参考图像作为参考，对所述上层信息载体畸变图像和所述下层信息载体畸变图像进行处理得到所述上层信息载体图像和所述下层信息载体图像各个时刻的面内U、V方向的位移矢量数据，求解上层信息载体图像各个时刻的全场位移矢量场与下层信息载体图像各个时刻的全场位移矢量场；

按照以下方法，根据上层信息载体图像的全场位移矢量场与下层信息载体图像的全场位移矢量场求解所述液面各个时刻的液体高度数据：

其中，S1为上层信息载体图像的全场面内位移，S2为下层信息载体图像的全场面内位移，d为所述介质的上层与下层之间的厚度，α为图像采集设备所采集图像对应位置的光线与竖直方向的夹角，n1为液体的折射率，n2为所述介质的折射率。

2.根据权利要求1所述的基于双层图形透射成像的液面变形和形貌测量方法，其特征在于，所述信息载体图形包括条纹、散斑和点阵信息。

3.根据权利要求1所述的基于双层图形透射成像的液面变形和形貌测量方法，其特征在于，采用数字云纹技术、数字散斑技术或几何相位分析技术对所述上层信息载体畸变图像和所述下层信息载体畸变图像进行处理得到所述上层信息载体图像和所述下层信息载体图像各个时刻的面内U、V方向的位移矢量数据。

4.根据权利要求1所述的基于双层图形透射成像的液面变形和形貌测量方法，其特征在于，所述介质包括透明玻璃、或透明塑料，所述介质的折射率与所述液体的折射率相等或不相等。

5.根据权利要求1所述的基于双层图形透射成像的液面变形和形貌测量方法，其特征在于，所述上层信息载体图像各个时刻的全场位移矢量场，包括所述上层信息载体图像各个时刻的面内U、V方向位移矢量场的矢量和，所述下层信息载体图像各个时刻的全场位移矢量场包括下层信息载体图像各个时刻的面内U、V方向位移矢量场的矢量和。