飞行器在武器装备中至关重要,新的作战需求提升了飞行器的性能要求,导致新型设计布局不断出现,同时也产生了更复杂流场,需要在试验中分析密度场变化,研究流场的流动机理,评价分析其气动特性。常用的密度场测量方法中,纹影法和阴影法很难提供定量的结果,干涉法设备昂贵、安装复杂、容易受到环境干扰,背景纹影技术的测量精度取决于选取的图像互相关计算的窗口大小,其大小选择依赖于人工经验。而视频测量方法不干扰流场、不破坏模型、设备结构简单。本文以密度场视频测量为目标,从图像处理、光线偏折理论、密度场重构三个方向,研究风洞试验中的亚像素图像边缘检测及圆心定位,分析在风洞试验复杂时变流场扰动条件下,光偏折位移测量误差的形成机理,研究测量误差最小化方法,并以此为基础,开展基于离散偏折位移的密度场求解方法研究。主要研究内容包括:1.图像亚像素圆心定位研究对Robers、Sobel、Canny等常用边缘检测算子和矩法、插值法、拟合法三种亚像素边缘检测进行分析比较,针对风洞试验环境和实际成像质量,提出了结合Canny和局部匹配的亚像素圆心定位方法。2.光偏折角计算方法研究研究在风洞坐标系中的圆心矢量位移计算方法,分析视频测量试验的光路原理图,依据背景纹影技术的偏折角运算思路,推导了基于视频测量的非平行光路的偏折角计算方法。3.基于离散光偏折角的密度场求解方法研究根据密度场重构原理,研究光偏折角与密度场之间的关联关系,为密度场求解提供先验知识、约束条件和边界条件,提出密度场重构的快速求解方法。4.密度场视频测量方法试验工程化应用研究将密度场视频测量方法应用于风洞试验,实现了不同马赫数下空腔模型绕流密度场测量,为其后的流场分析提供了数据支撑。