一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质与流程

本发明涉及航空云雾颗粒测量，具体涉及一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、当飞机在云层中飞行时，云层中的过冷水滴（即温度低于冰点的液态水滴）会不断撞击飞机迎风面，导致其表面发生结冰现象。飞机结冰广泛存在于飞行实践中，并严重威胁飞行安全。

2、结冰风洞是开展飞机结冰研究及飞机部件防除冰系统验证的重要地面试验设备，其在飞机结冰适航审定中扮演着重要角色。结冰云雾环境模拟能力是结冰风洞性能的核心内容。结冰云雾微物理特征的准确测量与评估是结冰风洞准确模拟结冰云雾环境的关键，其中云雾液滴尺寸分布、中值体积直径和云雾水含量是结冰云雾重要的微物理特征。

3、目前，国内外结冰风洞通常采用光学阵列探头（optical array probe, oap）测量液滴尺寸，记录通过采样区域的液滴数量，从而计算得到云雾液滴直径和液滴数浓度，最终实现云雾液滴尺寸分布、中值体积直径（median volume diameter，mvd）和云雾水含量（liquid water content, lwc）的测量。mvd定义为：将云雾液态水含量按照该直径参数分为两部分，其中大于该直径的液滴总体积与小于该直径的液滴总体积相等。lwc定义为：结冰云雾中单位体积内云雾液滴质量。oap利用单颗粒光成像原理，通过扫描测量颗粒形成的菲涅尔衍射图样（由明暗相间的衍射条纹组成），进而获得颗粒形貌及尺寸特征。具体而言，oap采用激光二极管在仪器采样区域内产生平行光束，并利用光电二极管线性阵列接收和记录光强信号。当颗粒通过采样区域内的平行光束时，颗粒阴影将会通过透镜组投射到线性阵列探测器表面，此时线性阵列各探测器将会记录投射到其表面上的光线强度变化。当投射到oap探测器表面的平均光线强度相对于入射光强度的比例小于某些阈值时，oap认为该探测器处于遮挡状态，对应探测器输出遮挡信号。为了实现颗粒二维图像的采集，线性阵列各探测器将以特定频率f记录颗粒通过平行激光束时其表面上的光线强度变化，每次记录的阵列信号称为一个数据片，对应的采样频率f则通常称为片率，表示为颗粒通过激光束的速度与oap颗粒尺寸分辨率之比。最后，组合记录的数据片，获得颗粒阴影的二值或者灰度离散化图像。

4、尽管oap可以有效获得单液滴多灰度阈值衍射图像，但是液滴直径信息难以简单的直接从对应图像中检索得到，这导致结冰云雾特征参数的计算难度较大，难以实现对结冰风洞中结冰云雾的准确测量。

技术实现思路

1、本申请要解决的技术问题是提供一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质，具有可以提高液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供重要技术支撑的特点。

2、第一方面，一种实施例中提供一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法，包括：

3、获取液滴衍射图像；

4、基于灰度云成像探头对所述液滴衍射图像进行识别，包括对第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级的遮挡像素进行识别；所述第一灰度级的遮挡像素的遮挡率小于第二灰度级的遮挡像素的遮挡率，所述第二灰度级的遮挡像素的遮挡率小于第三灰度级的遮挡像素的遮挡率；

5、计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数；所述第一灰度级的遮挡像素数包括第一灰度级对应的所有像素数，所述第二灰度级的遮挡像素数包括第二灰度级对应的所有像素数，所述第三灰度级的遮挡像素数包括第三灰度级对应的所有像素数；所述第一灰度级的边界像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数，所述第二灰度级的边界像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数，所述第三灰度级的边界像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的全部像素数；所述第一灰度级的泊松亮斑像素数包括第一灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素的总数，所述第二灰度级的泊松亮斑像素数包括第二灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素和第一灰度级遮挡像素的总数，所述第三灰度级的泊松亮斑像素数包括第三灰度级遮挡像素围成的图像内部的未遮挡像素、第一灰度级遮挡像素和第二灰度级遮挡像素的总数；

6、基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数计算第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数；

7、基于第三灰度级的遮挡像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径；

8、基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的边界像素数和泊松亮斑像素数，以及灰度云成像探头的分辨率，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径；

9、基于第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，计算液滴重构直径。

10、第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序，存储的程序包括能够被处理器加载并处理上述任意一实施例中的结冰云雾颗粒尺寸重构方法。

11、本发明的有益效果是：

12、在灰度云成像探头的基础上，由于是对液滴衍射图像进行多灰度阈值的识别，并在此基础上获取多灰度阈值的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数，进一步获得第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，从而得到液滴重构直径，使得可以快速高效获得液滴尺寸信息，提高液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供了重要技术支撑。

技术特征：

1.一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述第一灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于30%且小于50%，所述第二灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于50%且小于70%，所述第三灰度级的遮挡像素的遮挡率大于或等于70%。

3.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述第一灰度级的泊松亮斑像素数，包括：

4.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的遮挡像素数计算第二灰度级和第三灰度级各自对应的无量纲定位参数，包括：

5.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第三灰度级的遮挡像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，包括：

6.如权利要求1所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的边界像素数和泊松亮斑像素数，以及灰度云成像探头的分辨率，计算第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，包括：

7.如权利要求6所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第一灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的边界面积等效直径，基于第二灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的边界面积等效直径，基于第三灰度级的边界像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的边界面积等效直径；基于第一灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第一灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第二灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第二灰度级对应的泊松亮斑直径，基于第三灰度级的泊松亮斑像素数和灰度云成像探头的分辨率计算第三灰度级对应的泊松亮斑直径，包括：

8.如权利要求7所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述的基于第二灰度级和第二灰度级各自对应的无量纲定位参数，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，计算液滴重构直径，包括：

9.如权利要求8所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法，其特征在于，所述第一无量纲参数阈值c1=0.49、第二无量纲参数阈值c2=0.5和第三无量纲参数阈值c3=0.5；

10.一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序，存储的程序包括能够被处理器加载并处理如权利要求1到9中任意一项所述的结冰云雾颗粒尺寸重构方法。

技术总结
本发明涉及一种结冰云雾颗粒尺寸重构方法及计算机可读存储介质，涉及航空云雾颗粒测量技术领域。获取液滴衍射图像，在灰度云成像探头的基础上，对液滴衍射图像进行多灰度阈值的识别，并在此基础上获取多灰度阈值的遮挡像素数、边界像素数和泊松亮斑像素数，进一步获得第三灰度级对应的遮挡面积等效直径，以及第一灰度级、第二灰度级和第三灰度级各自对应的液滴修正直径，从而基于多灰度阈值的无量纲定位参数得到液滴重构直径，使得可以快速高效获得液滴尺寸信息，提高了液滴尺寸重构的准确性，为结冰风洞结冰云雾精细化测量提供了重要技术支撑。

技术研发人员：郭向东,赵荣,郭奇灵,赵献礼,魏龙涛,王梓旭
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24