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数字图象技术在流速测量中的应用
朱娜,
江苏理工大学计算机工程粟
撮薹。分析了激光散斑测遗厦微粒腰采测速珐在非穗娩的驿时速度场测量中的缺陷和局限
性。针对这些局限, 从理论上探讨了栗用散字田采技术的方法测速的优越性, 它可城消除目前采
用光学方法的局限包括非常有限的赞惑速度范围的测量, 速度矢量方向曲不明确厦实现实时测
量的圈雉。
美键硼;堂堂墼堡型堡皇璺盘盐堡付里叶变换忾
前言
在动态流动实验中一直耍解决的一个主要问题是非稳流中瞬时速度场的测定。利用常规
的点涮量方法如热线风速仪、激光多普勒测速仪是不能很好实现上述的测定的。而耍对非稳
流傲更进一步研究, 就需要了解旋祸的形成和消失、动态失速及湍流等所有有关流动的形
式。这些涟动的一个突出的特点是, 它们的速度范围很宽。因此, 要对这些流动进行研究,
不可避免地要测量具有大的动态范围的速度场。
近年来, 利用计算机和光学技术已开发了许多涮定瞬时速度场的方法。选些方法包括微
粒图象涮速仪及激光散班涮速仪但是这些方法中一个严重的缺陷就是, 由于受到粒
子或散斑图象有限的尺寸而使得速度测量的动态范围受到了限制另一个缺陷是, 对应的速
度矢量的方向含糊。目前虽然也开发了各种图象编码技术来消除选种含糊, 但是, 这些技术
都需要一个非常精密的光学系统来进行图象检测。
根据上述缺路, 本文探讨了采用数字图象处理方法以消除上述这些限制。利用高速摄影
机或撬象管拍摄图象并传选到计算机处理系绕,并对图象进行数字化付里叶变换, 从而得到
按时间序列组成的单曝光图象集台, 经过处理、迭加, 然后采用统计分析的方法可获得速度
场。这种方法大大增加了速度测量的动态范围并可以明确地确定速度方向。
激光散斑法和粒子图象测速的局限
激光散斑涮速和柱子图象涮速部属于用于二维速度场测量的摄影技术。在动态流动应用
中, 流场中洼人一些粒子可获得一张多曝光图象, 然后对其分析便可求出速度场。在粒子图
象测遗法“中, 粒子的速度是通过粒子运动的距离除以两次曝光的时间间隔求得的。而粒
子运动的距离是作为粒子图象位移来测量的, 粒子图象的位移就是两个象元素的坐标之间的
距离除以放大牢。在实际应用中, 一张图片包台了许许多多对应于类似粒子的象元素. 在象
元素位移的测量中, 要区别所指定粒子的象元素是非常困难的。因此, 通常都是采用统计学
方法来求, 最常用的就是付里叶变换方法“。在该方法中, 多曝光象经付里叶变换产生一
个条纹场, 然后分析求得速度。在大多数情况下, 付里叶变换是用光学方法实现的。
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激光敏斑测述和粒子同象测迷方法基本上是相同的。唯一的区别是粒子图象的不同, 在
激光散斑中粒子象是散斑。散斑是从随机分布的散射粒子散射出的相干光波之间干涉而形成
的。当粒子之间的距离小于或等于分辨率极限范围时, 才能产生散斑。随着粒子之间距离的
增大,散蠢蟠也■黼之消失。此时粒子象也就成为离散的粒子象, 即粒子之问的距离与粒子
密度的立方根虚反比。, 只有当粒子密度大于某一规定值“时, 才会有散斑场产生。
所以说,在微粒图象耐速和激