文档介绍：多相机流场测量系统的标定和速度重构算法研究
包全
指导老师:夏振炎
课题研究意义
:粒子图像测量技术(PIV)作为一种无扰,瞬时,全场的,流场测量技术,在现代流场测量中发挥了极其重要的作用,是流场测速研究的发展方向之一。随着二维PIV走向成熟,新课题对流场测速技术提出更高的要求,推动了三维PIV深入研究,但三维PIV的复杂性使流场三维速度测量变得更加困难。
:湍流具有非定常、三维和非线性等特征,增加了湍流实验观测的难度,所以开展对湍流场的实验测量方法和技术的研究,来进一步了解湍流的发展演化机理是非常必要和迫切的。PIV等流动显示和测量技术近年来得到了迅速发展,但是针对三维性、非定常等湍流特征,现代技术还没有完全解决,需要新的更有效方法来从机理上分析湍流中流动结构及其形成原因,因此,这方面的研究已成为湍流研究的前沿课题。开展新的流体力学实验测量手段—基于多相机的瞬态三维激光层析测量关键技术的研究,包括多相机流场测量的标定技术和速度重构算法。
三维粒子图像测速技术工作模块示意图
示踪粒子
互相关
相机标定
三维重构
三维粒子图像技术以三维重构技术为核心,建立起流场粒子三维结构分布。相机标定是对三维粒子图像测速系统进行标定,提高精度。示踪粒子与流场,互相关息息相关。互相关技术主要是通过互相关方法建立起粒子场的速度场。
本文的工作任务如工作模块示意图所示,主要集中在最为复杂也是核心的三维重构技术的研究。并做了相关的相机标定的研究与分析(本文的相机标定的主要工作皆由靳秀青学姐所做),以及相关的互相关技术的研究。
相机标定
相机标定的内容及意义
相机标定结果(主要靳秀青学姐做的)
三维空间粒子场的标定
相机标定内容
称为照相系统标定参数
它们可以通过标定确定
参数
两相机标定结果
左图:
所用左右相机对标定板拍摄的图像
右图:
左右两个相机标定结果的标定参数
此标定结果是使用matlab相机标定工具箱所得
三维空间粒子场的标定
三维粒子图像测速技术的研究对象是三维空间粒子场,可以考虑直接从三维空间粒子场着手,将相机标定与三维重构结合起来,直接对三维空间粒子场进行标定,得出三维空间粒子场的标定参数,大大地提高了精度。
三维重构
三维重构概念
三维重构之层析PIV
沿相机视线画网格的网格模型
三维重构概念
三维重构是计算机视觉研究的主要内容,主要是从二维图像获取三维景物的三维结构信息,其过程是一个复杂的逆问题,需要借助各种优化技术和射影几何理论来解决,而且对噪声或离散化引起的误差极其敏感。
研究的主要内容是:1,三维到二维正变换 2,二维到三维的逆变换
3,虚像影子的认识 4,二维到三维的信息丢失
左图为三维空间粒子场的动画
从三维空间粒子场的动画中看到各种角度下三维空间粒子场的二维度结构形态
层析ART重构数值模拟实验