文档介绍：中国科技论文实验技术与管理《
统计源期刊
仪器设备研制与开发
三维粒子图像测速一
实验装置的研制
、
罗鹏, , 陈富新, 倪洪启’
东北大学机械工程与自动化学院, 沈阳仪沈阳化工学院, 沈阳
摘要本文介绍了研制三维粒子图像测速一实验装置的基本原理。给出了基本
实验测试方法及示踪粒子三维速度向量的算法。介绍了一应用于对流场的一个测试
实例。
关键词粒子图像测速三维流场聚焦成像
中图分类号文献标识码文章编号一一一
粒子图像测速技术是流体力学的重要实验手段。世纪年代以来, 随着计
算机、图像处理和激光技术的发展, 技术逐步发展起来并受到了普遍关注。由于其具
有独特的优点, 技术己被应用于流体力学研究的各个领域, 成为流场结构研究的重要
实验手段。
是一种瞬态流动平面二维流速场测试技术, 其基本原理是选择具有良好流动跟
随性和光散射性的微小示踪粒子播撒于流场中, 然后用激光片光源厚度约为把被
测流场的某一测试平面照明, 通过图像采集系统, 分别记录下, 、时刻的流场粒子图像,
经过数字图像处理, 求出两次拍摄时间间隔内粒子的位移, 即可算出速度场。由于采用片
状光束照明, 测量只局限于所照明的二维平面内。实际上, 许多工艺装置中的流动都是复
杂的三维湍流流动。要深人研究这类流动, 就必须对流场进行三维测量。正是由于这个
原因, 近几年来三维技术受到越来越多的关注。三维的关键问题是示踪粒子三
维图像的获得及其三维坐标的确定。目前获取示踪粒子三维坐标信息的方法有体视成
像法「’〕和全息图像法〔’〕。还有人尝试过用片光扫描法【’〕、偏置圆速法’获取示踪粒子的
三维信息。下面介绍己成功用于流场测试且易于实现的基于体视成像的三维技术及
相关算法。
三维测试实验原理
该测试方法的基本原理是用体积光照明测试流场, 用不同光轴一般为互成的两
收稿日期扣阵一一
作者简介罗鹏一, 男, 副教授, 博士研究生
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
罗鹏, 等屯维粒子图像测速一实验装置的研制
光轴的两个同步相机在, , 时刻取得不同光轴的图像, 所取得的两组粒子图像需
要首先通过成像的几何关系, 确定出与示踪粒子像斑相对应的粒子的空间位置, 即其三维
坐标。然后再进行两次曝光图像中同一粒子的识别, 进而确定出示踪粒子在三维空间的
位移并计算出速度向量。应当注意的是, 由于采用体积光照明测试区域, 用投影几何关系
来寻求粒子的空间位置是不合适的。这是因为相机在胶片上所成的图像是聚焦成
像。在具有一定景深的图像中, 只有运用成像的透视关系, 才能正确地寻找出粒子像斑的
三维坐标。基本实验测试程序如图所示。
标定定确积体集采刀踪蔺不同计
测透光两粒踪算
试视日召组子粒不
区像明维维子踪
空距测勺定识粒
司试侧位别子
尺区图速
度域像度
向
量
图基本实验测试程序
图像采集方法
为了便于相机定位及空间尺度的度量, 在测试区的外围应首先标出一个
的矩