Desarrollo de un método para corregir la distorsión óptica de imágenes de motores de combustión con accesos ópticos complejos

Abstract

[ES] Para analizar los procesos dentro de la cámara de combustión de los motores alternativos es necesario tomar medidas durante la combustión. Una de las estrategias más fiables es el uso de técnicas ópticas, ya que son técnicas no-intrusivas que ofrecen alta resolución espacial y temporal. Para conseguir la máxima precisión en los resultados del ensayo es necesario emplear pistones con la misma geometría que los pistones reales. Estos pistones no suelen ser planos, sino que suelen tener geometrías complejas curvas que causan una distorsión importante en las imágenes tomadas a través de ellos.

Este estudio pretende desarrollar una metodología flexible empleando MATLAB que permita corregir esta distorsión para obtener medidas precisas. El método se basa en las ecuaciones de la óptica geométrica para calcular las trayectorias de los rayos que provienen de la cámara de combustión y la consiguiente desviación que sufren al atravesar el pistón de cuarzo utilizando la ley de Snell. Para ello se llevo a cabo una calibración de los parámetros de corrección, teniendo en cuenta las distancias entre el plano de medida, el pistón transparente y el sistema de adquisición de imágenes. Mediante esta metodología se podrá calcular el desplazamiento de los puntos en la imagen distorsionada. Los resultados muestran una correcta corrección de la imagen con errores medios menores a 0.1 mm de desplazamiento entre los puntos finales corregidos y su posición real.

[EN] To analyze the processes inside the combustion chamber of reciprocating Internal Combustion Engines it is necessary to perform measurements during the combustion. One of the most reliable strategies is to use optical techniques since they are non-intrusive techniques that offer a high spatial and temporal resolution. To achieve the maximum precision in the measurements made it is necessary to employ pistons with the same geometry as the real pistons used in engines. These pistons are not usually flat but have complex and curved geometries which lead to an important distortion of the images taken through them.

This study aims to develop a flexible methodology using MATLAB that allows to correct such distortion and perform reliable measurements. The method will be based on the use of optical equations to calculate the trajectories of the rays coming from the combustion chamber and therefore obtain the deviation they experience going through the quartz piston using Snell¿s law. To do that, the calibration of the correction parameters was performed, taking into account the distances between the measurement plane, the transparent piston and the images acquisition system. This methodology allows the calculation of the displacement of the points in the distorted image. The results show an accurate correction of the images with an average error lower than 0.1 mm of displacement between the final corrected points and their real position.