基于多光譜成像的數(shù)字粒子圖像測速技術研究.pdf

1、數(shù)字粒子圖像測速技術(Digital Particle Image Velocimetry,簡稱DPIV)是一種流場測量技術,在航空航天、空氣＼水動力學及燃燒學等研究中有著廣泛的應用。近十年來,隨著光學、成像技術和圖像處理技術的迅速發(fā)展,DPIV技術也進入了快速發(fā)展的階段。國外在DPIV研究領域起步比較早、技術上較為先進,并已有相關的技術實現(xiàn)了產品化。國內的研究總體上不及國外,成果的轉化相對滯后。繼續(xù)深化、完善DPIV不僅僅具有重要的學

2、術意義,對推動國內DPIV技術的開發(fā)應用和產業(yè)化進程也具有極為重要的現(xiàn)實意義和應用價值。
　　 本論文圍繞著DPIV方法和與其相關技術來展開,全面、系統(tǒng)地研究DPIV的理論基礎及其實現(xiàn)方法,重點研究DPIV技術中兩個重要課題:如何提高DPIV測量系統(tǒng)的可測速度極限以及非定常復雜結構流場的測量的實現(xiàn)。同時研究流場中示蹤粒子的跟隨性問題,為復雜結構流場的DPIV測量中示蹤粒子的選擇提供理論依據(jù)。
　　 在DPIV測量中,一個

3、系統(tǒng)可測量的流速范圍由圖像中粒子的位移大小和圖像時間間隔決定,而圖像中粒子的位移大小受成像系統(tǒng)放大倍率、物距等影響,難以統(tǒng)一評價,因此可測流速極限的評價主要取決于兩幅粒子圖像之間的時間間隔。針對這一課題本項研究提出了一種新的縮短兩幅粒子圖像之間時間間隔的方法:多波長激光脈沖照明與多光譜成像技術。論文的作者依據(jù)這一技術的原理設計并搭建了一套基于多光譜成像的DPIv測量系統(tǒng),將兩幅粒子圖像之間的時間間隔縮短至50秒,可用于超音速流場的測量。

4、
　　 復雜結構流場主要是指既存在流速很高的區(qū)域,也存在流速較低的區(qū)域的一類流場。非定常流場則是指流場的流動不具備周期性。傳統(tǒng)的DPIV系統(tǒng)采用雙激光脈沖照明流場,僅存在一個時間間隔,在測量非定常復雜結構流場時會遇到難以兼顧的問題。若將時間間隔設定的較大,適合流場中低速區(qū)域的測量時,高速區(qū)域粒子在這一段時間內逸出圖像采集系統(tǒng)的成像范圍從而造成錯誤匹配得出錯誤的測量結果。若將時間間隔設定的較小,適合流場中高速區(qū)域的測量時,低速區(qū)域

5、的粒子在這一段時間內的位移極小,難以得到令人滿意的測量結果。針對這一課題本項目研究提出采用連續(xù)多時間間隔合成處理技術,解決DPIV在復雜結構流場測量中因流速跨度大而造成的測量精度下降或是測量無效等問題。
　　 本論文詳細研究了粒子圖像匹配的算法,并選取頻域互相關算法為核心編寫了應用于基于多光譜成像的DPIV測量系統(tǒng)的軟件。由于復雜結構流場中高速區(qū)與低速區(qū)混雜,現(xiàn)有的錯誤矢量的自動檢測算法在復雜結構流場的測量中并不適用。本論文根據(jù)