本发明公开了一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法及装置，其中，方法步骤如下：拍摄多张喷油器表面的图片；将图片分割成若干集合，建立数据二维数组和数据三维数组；对数据三维数组中的每一个元素计算方差，记为特征值，建立特征值三维数组；排序并筛选方差最大的点，建立序号二维数组；建立边缘识别后的序号二维数组；计算喷油器表面有无积碳两个状态下的体积，体积差值为积碳体积；重构数据三维数组，得到一张完整的图片。装置包括三维滑台、相机、放大镜头、动力系统和喷油器支架，喷油器置于喷油器支架上，由动力系统向放大镜头处推动，并通过景深技术获取喷油器表面图片。本发明能够准确测定积碳体积，具备较强实用价值。
1.一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过景深技术沿喷油器轴向依次拍摄多张喷油器表面不同位置的图片；
2)将每一张图片分割成像素一致的若干个集合，将每一张分割后的图片建立为一个数据二维数组，之后将所有分割后的图片建立为一个数据三维数组；
3)对数据三维数组中的每一个元素计算方差，记为特征值，建立一个特征值构成的特征值三维数组；
4)对特征值三维数组中的每一个第三维数字进行排序，筛选方差最大的点，建立一个由最大特征值序号组成的序号二维数组；
5)对序号二维数组的数据进行边缘识别，剔除边缘以外的点，建立一个边缘识别后的序号二维数组；
7)对同一喷油器表面有积碳和无积碳的两个状态分别计算体积，两个体积的差值即为喷油器表面的积碳体积；
8)根据边缘识别后的序号二维数组，对数据三维数组进行重构，得到一张完整的图片。
2.根据权利要求1所述的通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法，其特征在于，每个集合为10*10个像素。
3.根据权利要求1所述的通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法，其特征在于，数据三维数组中的每一个元素均是一个10*10像素的小图片。
4.一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置，其特征在于，包括三维滑台、相机、放大镜头、动力系统和喷油器支架，放大镜头安装在相机上、相机固接于三维滑台上并通过三维滑台来调整相机及放大镜头的位置，喷油器支架上水平放置有喷油器且喷油器与放大镜头同轴设置，喷油器支架由动力系统驱动以带动喷油器能够沿其自身轴向往复移动并实现喷油器与放大镜头之间的距离调整；
所述动力系统包括基座、步进电机、丝杠和传动螺母，丝杠可转动地水平安装在基座上且丝杠的一端与步进电机输出端连接，传动螺母上部固接有喷油器支架、下部通过导轨副可移动地安装在基座上，传动螺母与丝杠螺纹传动连接，在步进电机的驱动下丝杠带动传动螺母在基座上滑动以实现喷油器与放大镜头之间的距离调整；
所述喷油器支架包括底板以及设置在底板两端的固定支撑板和移动支撑板；固定支撑板上部形成有弧形凹槽；移动支撑板包括两个立柱、连接在两个立柱之间的连接杆、滑动安装在两个立柱之间的弧形板以及顶丝，两个立柱相对侧分别形成有一导向槽，弧形板的开口朝上设置且弧形板的两端可上下滑动地插装在两个导向槽内；喷油器的首端置于弧形板的开口内、尾端置于固定支撑板上的弧形凹槽内；顶丝螺纹连接在连接杆上且顶丝的上端可转动地顶在弧形板的底部，通过旋转顶丝可驱使弧形板沿着导向槽上下移动，进而调整喷油器的位置。
5.根据权利要求4所述的通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置，其特征在于，还包括若干个补光灯，若干个补光灯分布在放大镜头的周围以用于对喷油器进行补光。
6.根据权利要求5所述的通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置，其特征在于，其特征在于，还包括一光学平台，三维滑台和动力系统集成在光学平台上。
7.根据权利要求5所述的通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置，其特征在于，其特征在于，所述相机为高清相机，放大镜头为高倍率的显微照相镜头。
通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及喷油器表面沉积物形貌的获取技术领域，尤其是一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法及装置。
背景技术
[0002] 喷油器表面沉积物的体积十分难以测定，但是又十分重要，尤其对于评价燃油的清净性及喷油器的设计十分重要。传统方法中，利用白光干涉方法，放大倍数太大，只能评
价部分沉积物的体积，不能测定整体体积。使用工业CT方法，由于表面沉积物与空气差异太
小而不能表达沉积物的体积；使用接触式三坐标测量仪，由于沉积物比较疏松，容易对沉积
物造成改变，因此行业需要一种非接触的方法来表征喷油器的沉积物形貌。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种简便易行、成本较低、速度快且能够准确测定表面沉积物体积的通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法及装
置。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[0005] 一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法，包括以下步骤：
[0006] 1)通过景深技术沿喷油器轴向依次拍摄多张喷油器表面不同位置的图片；
[0007] 2)将每一张图片分割成像素一致的若干个集合，将每一张分割后的图片建立为一个数据二维数组，之后将所有分割后的图片建立为一个数据三维数组；
[0008] 3)对数据三维数组中的每一个元素计算方差，记为特征值，建立一个特征值构成的特征值三维数组；
[0009] 4)对特征值三维数组中的每一个第三维数字进行排序，筛选方差最大的点，建立一个由最大特征值序号组成的序号二维数组；
[0010] 5)对序号二维数组的数据进行边缘识别，剔除边缘以外的点，建立一个边缘识别后的序号二维数组；
[0011] 6)根据边缘识别后的序号二维数组，计算体积；
[0012] 7)对同一喷油器表面有积碳和无积碳的两个状态分别计算体积，两个体积的差值即为喷油器表面的积碳体积；
[0013] 8)根据边缘识别后的序号二维数组，对数据三维数组进行重构，得到一张完整的图片。
[0014] 进一步地，每个集合为10*10个像素。
[0015] 进一步地，数据三维数组中的每一个元素均是一个10*10像素的小图片。
[0016] 一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置，包括三维滑台、相机、放大镜头、动力系统和喷油器支架，放大镜头安装在相机上、相机固接于三维滑台上并通过三
维滑台来调整相机及放大镜头的位置，喷油器支架上水平放置有喷油器且喷油器与放大镜
头同轴设置，喷油器支架由动力系统驱动以带动喷油器能够沿其自身轴向往复移动并实现
喷油器与放大镜头之间的距离调整。
[0017] 进一步地，所述动力系统包括基座、步进电机、丝杠和传动螺母，丝杠可转动地水平安装在基座上且丝杠的一端与步进电机输出端连接，传动螺母上部固接有喷油器支架、
下部通过导轨副可移动地安装在基座上，传动螺母与丝杠螺纹传动连接，在步进电机的驱
动下丝杠带动传动螺母在基座上滑动以实现喷油器与放大镜头之间的距离调整。
[0018] 进一步地，所述喷油器支架包括底板以及设置在底板两端的固定支撑板和移动支撑板；固定支撑板上部形成有弧形凹槽；移动支撑板包括两个立柱、连接在两个立柱之间的
连接杆、滑动安装在两个立柱之间的弧形板以及顶丝，两个立柱相对侧分别形成有一导向
槽，弧形板的开口朝上设置且弧形板的两端可上下滑动地插装在两个导向槽内；喷油器的
首端置于弧形板的开口内、尾端置于固定支撑板上的弧形凹槽内；顶丝螺纹连接在连接杆
上且顶丝的上端可转动地顶在弧形板的底部，通过旋转顶丝可驱使弧形板沿着导向槽上下
移动，进而调整喷油器的位置。
[0019] 进一步地，一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置还包括若干个补光灯，若干个补光灯分布在放大镜头的周围以用于对喷油器进行补光。
[0020] 进一步地，一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置还包括一光学平台，三维滑台和动力系统集成在光学平台上。
[0021] 进一步地，所述相机为高清相机，放大镜头为高倍率的显微照相镜头。
[0022] 本发明的有益效果是：本发明通过景深技术获取喷油器表面图片，经分割、计算、重构可获得喷油器表面的沉积物体积以及深度图，能够整体直观的观察喷油器的状态。本
发明具有简便易行、成本较低，速度较快等特点，且能够准确测定表面沉积物的体积，具备
较强的实用价值。
附图说明
[0023] 图1为本发明中通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置的主视图；
[0024] 图2为本发明中通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置的俯视图；
[0025] 图3为本发明中动力系统和喷油器支架装配在一起的左视图；
[0026] 图4为本发明中动力系统和喷油器支架装配在一起的右视图；
[0027] 图5为喷油器表面的深度图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
[0029] 参见图1至图4，本发明的一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置，包括光学平台1、三维滑台2、相机3、放大镜头4、若干个补光灯5、动力系统和喷油器支
架。
[0030] 光学平台1用于承载整套装置，三维滑台2和动力系统集成在光学平台1上。
[0031] 相机3为高清相机，放大镜头4为高倍率的显微照相镜头，放大镜头4安装在相机3上，相机3固接于三维滑台2上。三维滑台2能够实现XYZ轴上三个方向的移动，三维滑台2可
以是电动三维滑台，也可以采用手动三维滑台，电动三维滑台是通过马达驱动实现带动工
件自动线性运动，通过多方向轴的组合，组成设备上的运动执行机构；通过控制三维滑台2
可以调整相机3及放大镜头4的位置，使得放大镜头4能够与喷油器7同轴设置。
[0032] 若干个补光灯5分布在放大镜头4的周围，补光灯5照射在喷油器7上，以实现对喷油器7的补光作用。
[0033] 动力系统包括基座81、步进电机82、丝杠83和传动螺母84，丝杠83可转动地水平安装在基座81上且丝杠83的一端与步进电机82输出端连接，传动螺母84上部固接有喷油器支
架、下部通过导轨副可移动地安装在基座81上，喷油器支架上承载有喷油器7，传动螺母84
与丝杠83螺纹传动连接。步进电机82由计算机控制，在步进电机82的驱动下丝杠83带动传
动螺母84在基座81上滑动，以实现喷油器7与放大镜头4之间的距离调整。
[0034] 喷油器支架包括底板61以及设置在底板61两端的固定支撑板62和移动支撑板63；固定支撑板62上部形成有弧形凹槽；移动支撑板63包括两个立柱631、连接在两个立柱631
之间的连接杆632、滑动安装在两个立柱631之间的弧形板633以及顶丝634，两个立柱631相
对侧分别形成有一导向槽，弧形板633的开口朝上设置且弧形板633的两端可上下滑动地插
装在两个导向槽内；喷油器7水平放置在喷油器支架上，具体地，喷油器7的首端置于弧形板
633的开口内、尾端置于固定支撑板62上的弧形凹槽内；顶丝634螺纹连接在连接杆632上且
顶丝634的上端可转动地顶在弧形板633的底部，通过旋转顶丝634可驱使弧形板633沿着导
向槽上下移动，进而调整喷油器7的位置，使喷油器7调节至水平，以保证喷油器7与放大镜
头4能够同轴设置。
[0035] 通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的装置使用时，包括如下步骤：
[0036] 1、将喷油器按照固定的方向摆放在喷油器支架上，同时开启拍摄系统；
[0037] 2、使用顶丝进行喷油器水平调节；
[0038] 3、使用三维滑台进行对中，将喷油器与放大镜头调整到同轴，相机焦点定位在喷油器首端；
[0039] 4、调整补光灯；
[0040] 5、喷油器由程序控制动力系统按照给定的步进量向靠近放大镜头的方向进行纵向滑动，每步进一次进行一次拍照，直到焦点超过喷油器尾端表面为止。
[0041] 6、对拍摄得到的图片进行处理，使用软件进行拼合并建立三维模型(深度图)，如图5所示。
[0042] 一种通过景深计算获取完整喷油器表面三维形貌的方法，包括以下步骤：
[0043] 1、用上述装置拍摄10张图片，去掉无用图片，得到有效的图片集合，例如去掉3张图片，保留7张有效的图片。几张图片的焦平面分别对应在喷油器表面的不同位置；
[0044] 2、对以上照片进行数字化，每一个像素得到一个RGB颜色系统的值，每张图片都是一个3000*2000个像素的数组。将每张图片分割成300*200个数组的小块，每个小块中包含
10*10个像素。将7张图片的数组组成一个7*300*200的数组，每个数组元素为10*10个像素
的小块图片。
[0045] 3、对每个10*10像素的小块图片计算方差，方差越大表明图像越清晰，取7个中最清晰的一张，标记其序号，例如为a11，对全部300*200依次进行计算，得到一个元素为aij的
数组。这个数组就是一个序号二维数组(目录数组)。序号二维数组的值aij就表征了每个元
素所在位置的深度信息。
[0046] 4、统计所有深度信息，得到如图5所示的深度图。对序号二维数组(深度图元素)进行二维数组累加，并乘以单个元素体积得到一个喷油器表面的体积(在基准平面以上，包括
金属和沉积物或积碳的体积)。
[0047] 5、减除掉喷油器原始状态的体积，即可得到喷油器表面的沉积物或积碳的体积。
[0048] 6、利用边缘识别后的序号二维数组，在7*300*200个元素中抽取元素进行拼接，拼接为一个300*200个元素的图片，每个元素的尺寸为10*10个像素，得到一张3000*2000个像
素的图片，以便于能够整体直观的观察喷油器的状态。
[0049] 本发明通过景深技术获取喷油器表面图片，经分割、计算、重构可获得喷油器表面的沉积物体积以及深度图，能够整体直观的观察喷油器的状态。本发明具有简便易行、成本
较低，速度较快等特点，且能够准确测定表面沉积物的体积，具备较强的实用价值。
[0050] 综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之
内。
