基于加权L0梯度最小化及伪彩色的图像增强技术在超跨声叶栅纹影试验中的应用

陈 伟，罗晓波，唐 凯，卿科佑，凌代军

(1.四川大学空天科学与工程学院，成都 610065；2.中国航发四川燃气涡轮研究院，四川绵阳 621703)

1 引言

叶轮机械研究中，叶栅试验是最为常规的气动性能试验，可用于验证气动设计理论，帮助研究人员认识发动机内流本质，为设计叶型的性能校核和优化提供详实的试验数据参考[1]。纹影法是一种表征流场结构的非接触式光学测量手段，已在风洞试验[2]、喷管试验[3]以及平面叶栅流场试验[4]中得到广泛应用。但其作为一种光学成像测量技术，在实际应用中由于光源强度不均、试验件光影、污渍沉积等因素，均会影响纹影图像质量，进而影响对流场结构信息的判读。

近年来，随着计算机技术的发展，研究人员开始借助数字图像技术来提高纹影图像中流场结构的识别度。如Weinstein 等[5-6]运用数字图像技术修正了纹影成像系统引入的图像误差，增强了风洞流场中激波的轮廓细节，并以此分析了飞行器飞行中激波向地传播过程中的结构变化。张潇等[7]提出一种改进的基于Delta方法的矩快速算法，并应用于平面叶栅试验纹影图像处理，得到了清晰、准确的叶栅和激波图像分离结果。张雷等[8]对比了不同图像分割和特征提取方法，开发了相应的测量系统，提高了激波位置的识别精度。然而，上述处理方法主要关注的是特征较为明显的激波位置和轮廓识别，在去除噪声的同时也丢失了较多的流场信息，如叶栅流场中的弱压缩波/膨胀波，叶栅尾迹，因流动滞止、边界层流体聚集导致的高密度区等，而这些信息对于研究人员分析流场同样具有重要作用。……