一种用于发动机试验现场的高速摄像系统及应用方法与流程

本发明涉及液体火箭发动机试验监测，尤其涉及一种用于发动机试验现场的高速摄像系统及应用方法。

背景技术：

1、发动机地面试验是液体火箭发动机研制及交付的核心验证环节，旨在通过模拟真实工况，验证发动机的结构可靠性与性能稳定性。试验场存在大量高温高压燃气，且伴随易燃易爆介质泄漏引发的爆燃风险。试验过程中的异常瞬态（如泄露、爆燃、喷管振动、羽流畸变等）可通过高速摄像精准捕捉，为故障分析与定位提供图像依据和数据支持。

2、传统高速摄像设备应用于液体火箭发动机地面试验现场时，存在两大问题，制约监测效果与工程经济性。第一个问题在于硬件采购与维护成本高昂，批量部署经济性差。现有高速摄像系统为了实现高帧率实时编码压缩，需配置专用高性能控制器，单套控制单元硬件成本可达数万元级，推高相机全生命周期成本。高昂的成本导致多机位部署困难，难以覆盖发动机全域（如喷管、燃烧室、管路接头等关键区域），易遗漏瞬态异常过程，影响故障溯源的完整性与准确性，延误发动机研制进度。第二个问题在于同步精度不足且时序信息不直观，无法实现多源数据联动分析。现有系统多采用tcp等网络指令触发摄录，触发信号传输易受网络波动干扰，导致实际摄录时刻与起动时刻存在随机偏差。即便部分系统采用硬件信号触发，仍未考虑触发时刻与第一帧实际拍摄时刻的时间差，默认第一帧实际拍摄时刻与触发时刻同步（即0时刻），存在固有计时偏差。此外，现有系统未考虑将计时信息集成至视频流，导致视频文件缺乏精确、直观的计时信息，无法直接与试车台传感器、阀门数据联动分析，降低数据的分析价值与故障定位效率和准确率。

3、综上所述，现有液体火箭发动机动力试车现场高速摄像系统在硬件成本、批量部署经济性、时序同步精度以及计时信息直观性方面均存在明显不足，难以满足极端场景下低成本、高精度时序同步的高速摄像监测需求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体针对现有高速摄像系统硬件成本高昂导致批量部署经济性差，以及触发同步精度不足、视频文件缺乏精确计时信息导致无法与试车台传感器数据联动分析等问题，具体提供了一种用于发动机试验现场的高速摄像系统及应用方法，具体如下：

2、1）第一方面，本发明提供一种用于发动机试验现场的高速摄像系统，具体技术方案如下，包括：

3、防爆外壳；

4、图像采集单元，设置于所述防爆外壳内部，用于采集发动机试验现场的图像，并将每一帧图像回传；

5、控制处理单元，设置于所述防爆外壳内部，分别与所述图像采集单元及上位机连接；所述控制处理单元用于接收触发信号，向所述图像采集单元发送启动拍摄指令，读取系统时钟并记录为触发时刻；所述控制处理单元还用于接收所述图像采集单元回传的每一帧图像并记录对应的回传时刻，将所述触发时刻、每一帧图像及其对应的回传时刻封装为自定义数据帧；

6、所述上位机，用于获取所述自定义数据帧，解析并提取所述自定义数据帧中的所述触发时刻以及每一帧图像对应的回传时刻，计算得到每一帧图像对应的实际拍摄相对时刻；将每一帧图像的像素数据与其对应的实际拍摄相对时刻叠加，生成视频文件。

7、本发明提供的一种用于发动机试验现场的高速摄像系统的有益效果如下：

8、采用防爆外壳对内部各单元进行隔爆防护，通过图像采集单元采集发动机试验现场的图像并将每一帧图像回传；控制处理单元接收触发信号后向图像采集单元发送启动拍摄指令并读取系统时钟记录触发时刻，同时接收每一帧图像并记录对应的回传时刻，将触发时刻、每一帧图像及其对应的回传时刻封装为自定义数据帧；上位机获取自定义数据帧后解析提取触发时刻以及每一帧图像对应的回传时刻并计算得到每一帧图像对应的实际拍摄相对时刻，再将每一帧图像的像素数据与其对应的实际拍摄相对时刻叠加生成视频文件。由此，该高速摄像系统通过控制处理单元与上位机的分工协同，将高算力任务迁移至上位机从而降低控制处理单元的硬件成本，有利于多机位批量部署以覆盖发动机全域关键区域，同时通过触发时刻和每一帧回传时刻的双时间戳记录与相对时刻计算，消除触发时刻与首帧拍摄时刻之间的固有计时偏差，并将精确相对时刻直接叠加至视频画面中，使视频文件具备直观、精确的时序信息，能够直接与试车台传感器数据联动分析，从而提升故障定位效率和准确率。

9、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

10、进一步，所述控制处理单元通过gpio接口接收所述触发信号，通过所述gpio接口的中断机制检测所述触发信号后，同时执行所述向所述图像采集单元发送启动拍摄指令以及所述读取系统时钟并记录为触发时刻两项操作。

11、进一步，还包括起动信号转换电路；

12、所述起动信号转换电路与试验台架的起动电信号输出端连接，用于将所述试验台架发出的起动电信号转换为与所述控制处理单元匹配的触发信号。

13、进一步，还包括存储单元；

14、所述存储单元设置于所述防爆外壳内部，与所述控制处理单元连接，用于接收并存储所述控制处理单元输出的自定义数据帧。

15、2）第二方面，本发明还提供一种用于发动机试验现场的高速摄像系统的应用方法，具体技术方案如下，包括：

16、s1，上位机向控制处理单元下发图像采集参数配置指令；所述控制处理单元接收所述配置指令后，根据所述配置指令配置图像采集参数；

17、s2，所述控制处理单元接收触发信号后，向图像采集单元发送启动拍摄指令，读取系统时钟并记录为触发时刻；所述图像采集单元根据所述启动拍摄指令按所述图像采集参数采集发动机试验现场的图像，并将每一帧图像回传至所述控制处理单元；所述控制处理单元接收每一帧图像并记录对应的回传时刻；

18、s3，所述控制处理单元将所述触发时刻、每一帧图像及其对应的回传时刻封装为自定义数据帧；

19、s4，所述上位机获取所述自定义数据帧，解析并提取所述自定义数据帧中的所述触发时刻以及每一帧图像对应的回传时刻，计算得到每一帧图像对应的实际拍摄相对时刻；将每一帧图像的像素数据与其对应的实际拍摄相对时刻叠加，生成视频文件。

20、在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

21、进一步，所述控制处理单元通过gpio接口接收所述触发信号，通过所述gpio接口的中断机制检测所述触发信号后，同时执行所述向图像采集单元发送启动拍摄指令以及所述读取系统时钟并记录为触发时刻两项操作。

22、进一步，所述控制处理单元接收触发信号之前，还包括：

23、起动信号转换电路接收试验台架发出的起动电信号，将所述起动电信号转换为与所述控制处理单元匹配的触发信号。

24、进一步，所述s1还包括：

25、所述控制处理单元创建多个内存队列以及与所述内存队列数量对应的存储线程；

26、所述内存队列用于缓存所述自定义数据帧，所述存储线程用于并行读取对应所述内存队列中的所述自定义数据帧并写入存储单元。

27、3）第三方面，本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以使所述计算机设备实现如上任一项方法。

28、4）第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现如上任一项方法。

29、需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。