基于前向Mie散射的激光雾滴谱仪

为测量大气中雾滴粒子的分布,自主研制出基于激光及光电探测技术的前向Mie散射的激光雾滴谱仪。通过标定测试及实际测量,对研制仪器的准确性进行了实验验证,结果表明:研制的激光雾滴谱仪可对大气中2～50μm粒子进行准确测量,粒子谱分布及其折合液水含量与国外同类产品相比具有较好的一致性,测量数据相关的系数为0. 74。该仪器可用于降雾天气的实时观测,以及雾生消微物理过程研究。     

基于灰度统计的粒子图像速度粒度实时测量新技术

本文提出了一种基于灰度统计判别原理,可以对粒子图像实现速度和粒径实时同时测量的新技术--粒子图像速度粒度场仪.粒子图像速度粒度场仪通过灰度判别解决了DPIV粒子图像中方向二义性问题,简化了DPIV系统,利用图像处理技术实现了对粒子图像粒径的同时测量.以DPIV粒子图像为研究对象,结合图像处理技术,开发了相应的查询算法,实现了速度粒度的同场测量,并利用模拟粒子图像对查询算法进行了分析检验.通过算法检验表明,速度粒度同场测量算法能够很好地处理各种模拟粒子图像,满足未来实际应用对计算精度及测量时间的要求.     

微颗粒场同轴全息的离焦处理方法

一、引言 全息法自首次应用于微颗粒场的分析以来,得到了不断发展,初期工作主要对技术本身及其机理进行探讨。实验表明,全息法是测量三维微颗粒场的有效手段,具有景深大、不干扰粒子群,且能记录粒子的大小、位置及速度等优点,并得到了广泛应用。 全息法将微颗粒场的数据信息寓于图像之中,所以必须对微颗粒场的再现图像进行处理,以“读出”粒子群的几何信息(尺寸、分布等)。以往的工作大部分都是处理粒子的聚焦像,而对球形的微颗粒,也可由粒子的离焦像求取粒子的大小和分布。 本文将此法应用于微颗粒场的处理,用一套半自动的图像处理系统,用所设计的程序,对微颗粒场的同轴全息图再现的离焦像进行处理,得到粒子的几何信息。     

数字全息粒子图像测速技术应用于旋转流场测量的研究

将数字全息粒子图像测速(DHPIV)技术应用于旋转流场的三维空间速度测量当中。提出了一种新的焦平面定位方法,即综合灰度梯度法,对数字全息中粒子的焦平面进行精确定位,获得了粒子的空间坐标。针对数字全息粒子图像测速技术中的粒子匹配问题,采取三维互相关算法对流场中的示踪粒子进行空间匹配。将基于综合灰度梯度法和三维互相关算法的数字粒子图像测速技术运用到旋转流场全息图中,获得了局部的三维可视化速度场,与理论模型吻合很好。结果表明,该技术能够很好地应用于旋转流场的测量研究当中。     

基于模式分类的喷嘴料液雾滴速度测量研究

测量烟叶加料过程中料液雾滴喷射后的速度变化,为烟叶加料均匀性的评价提供有效数据。实验从喷嘴的轴向面采集喷出的雾滴图像,对采集到的图像进行预处理和图像分割,采用模式分类对分割出的雾滴分类,根据高速相机成像的测量方法计算出每一类雾滴的速度。研究结果表明,由模式分类统计出的数据,其准确率达到95.65%,使用该数据计算出的速度误差为4.6%,两项数据均在规定范围之内。使用高速摄像机获取图像,采用软件计算出雾滴速度,与早期实验方案相比,降低了测量设备价格,实现低成本测量;模式分类的测量方法准确率较高,为后续加料均匀性分析提供可靠的数据,且效率更高,同时为数据测量的智能化打下基础。     

流场测速中基于深度卷积神经网络的光学畸变校正技术

基于光学成像的流场测量技术,如粒子图像测速技术（PIV）,易受到因流体中折射率的不均匀性或晃动的介质边界引起的光学畸变而带来的影响。这些畸变会使得示踪粒子在图像上的位置分布产生误差且严重影响图像清晰度,从而增大流场速度测量的误差。为了提高光学流场速度测量的测量精度,自适应光学系统可以应用于其中去校正光学畸变。基于图像流场测量中的光学像差具有频率高,动态范围大,空间分辨率高等特点,对于这一应用场景,基于波前校正器件的自适应光学系统受到了器件本身性能的影响。基于深度学习的自适应光学技术在流场测量中的应用,建立了一种基于深度神经网络的无波前校正器件自适应光学校正技术,以深度神经网络代替传统的波前校正器件,用于粒子图像测速技术中的光学畸变校正。为了生成神经网络所需要的训练和测试数据集,搭建了可以实现波前测量的粒子图像测速实验平台,分析并建立了光学畸变在粒子图像上的图像退化模型。最后,以校正后PIV图像的校正效果和流场速度测量结果作为评价标准,对所建立神经网络的畸变校正性能进行了分析。     

烟火药火焰流场及其正在燃烧粒子的空间分布

烟火药火焰中正在燃烧粒子的流场与空间分布对于其点火与辐射性能起着非常重要作用。首先基于烟火药火焰流场的喷射初速等参数建立粒子轨迹模型;然后利用高速摄影仪（HSC）,通过调整曝光时间辨析烟火药燃烧火焰中正在燃烧粒子,采用图像处理技术得到粒子的坐标位置和速度矢量,印证粒子轨迹模型并进行修正,从而得到正在燃烧粒子速度分布规律;利用粒子图像速度场仪（PIV）测试烟火药的火焰流场,并与粒子流场进行对比分析。结果显示:正在燃烧粒子形成的流场与火焰流场方向一致,等速区域轮廓有较大差别。随着火焰的升高,火焰流场有收敛趋势,而正在燃烧粒子成离散性。     

粒子滤波算法在多传感器测量中的应用

目标跟踪是粒子滤波算法在处理非线性问题的一种典型应用,但由于在线处理能力或传输条件的限制,实际应用中往往无法对多个传感器数据同时处理。据此,给出了一种基于多传感器选优的粒子滤波算法。假设每个时刻可以处理一个测量数据,该算法先采用加权的概率密度函数来评价每个传感器获得的测量值,并用粒子滤波对概率密度函数的加权进行实时更新,基于最大熵标准来选取最优测量数据进行处理。同时,最大熵标准保证了最优似然函数分布最宽,从而缓解粒子衰竭问题。通过数值仿真实验证明,该算法可以选择最优观测数据进行处理,有效降低多传感器测量中粒子滤波在线实时处理性能的要求,也较好地缓解了粒子滤波的"衰竭"问题。     

基于粒子熵值的异常行为检测

在异常行为检测当中,人群的分布信息十分重要。针对该情况,提出了一种基于粒子熵值的异常行为检测方法。该方法采用混合高斯模型动态建模提取出视频图像的背景,在提取到的背景图像上使用KLT(Kanade-LucasTomasi)算法追踪前景获得人群的速度和位置。基于人群粒子的网格分布获取相对应的直方图,并通过计算直方图的粒子熵值描述人群行为;最后,结合粒子分布的熵值与人群粒子的速度,提高异常行为判断的准确性。基于不同场景下的视频序列所进行的实验测试结果验证了所提方法的有效性。     

反常衍射近似在测量圆柱形粒子粒径分布中的应用

在光全散射法颗粒粒径测量中,基于米氏(Mie)理论的计算方法只能求出均匀球形粒子的消光系数,而且计算复杂。通过反常衍射近似(ADA)代替米消光系数,可以简化粒径分布的反演过程。对使用反常衍射近似方法计算圆柱形粒子消光系数的可行性以及限制条件进行深入的研究,并在非独立模式算法下,采用遗传算法反演粒径分布。仿真结果表明,当粒子的相对折射率在一定范围内时,利用反常衍射近似反演圆柱形粒子的粒径分布是完全可行的,反演结果稳定、可靠。对消光值测量结果加入3％相对误差时,反演误差为5．7％。该方法具有简单、直观、计算速度快等优点,适合颗粒粒径的在线测量。     

基于图像处理的颗粒流动层模型研究

如何方便且准确地测量滚筒中颗粒的运动速率分布是研究的难点。文中将给出一种基于数字图像处理算法的实验方法来解决此难题。通过找到最合适的极短曝光时间,可捕获在此曝光时间内颗粒运动轨迹的图像,然后利用数字图像处理算法计算出感兴趣区域的颗粒运动路程,即可计算出颗粒的运动速率分布。通过精确的实验数据分析可看出,本实验方法与理论仅有＜8%的误差,有力证实了通过图像法测量颗粒速率分布可展开有效的研究工作。     

光学相干层析技术微流场三维可视化测速方法

为实现微流场3D 可视化速度测量,建立了基于光学相干层析技术的微粒子跟踪速度测量系统。对系统组成原理、微粒子图像提取、匹配和速度计算方法等进行研究。介绍了频域光学相干层析技术、微流场速度测量系统组成及对渗入微粒子的微流场扫描及三维成像方法。利用中值滤波、最大类间方差二值化和体积滤波等方法搜索流场中各个微粒子,实现全流场流动特性3D 可视化;利用微粒子之间距离、灰度二阶矩建立代价函数,对不同时刻扫描得到的微粒子进行匹配,根据微粒子三维坐标求其运动速度。对对流流场进行了测量,实现了微米级空间分辨的微粒子图像与速度矢量显示。适合于复杂微流场的三维速度检测,对微流动器件流动特性研究具有重要意义。     

旋流火焰三维温度场与速度场的同时激光测量

燃烧诊断与流场显示领域的研究热点已延伸至研发同时满足非侵入式、多参量同步测量、定量计算、多维可视化等技术要求的显示、测量新方法。研究复杂燃烧三维温度场和速度场的同时激光测量,表征燃烧化学反应和流场输运的重要特性。提出一种光偏折层析测温方法与粒子图像测速方法相结合的燃烧多参量场激光测量方法。设计温度场和速度场激光测量的实验系统,获取4方向莫尔偏折条纹和4幅火焰粒子图像。同时重建与可视化旋流燃烧温度分布和速度云图、流线、涡量等流场,并分析不同工况下的旋流火焰特性。对直接测量数据与重建结果进行对比,验证了所提方法的有效性。     

基于深度学习的3D打印球形粉末颗粒自动统计与测量

随着金属粉末3D打印技术的不断发展,如何从显微图像中准确提取粉末颗粒的粒形粒径和球化率信息变得越来越重要。文中基于深度学习算法Mask R-CNN,提出了一种电镜图像球形粉末颗粒自动统计与测量的方法。该方法可对单幅显微图像上超过1 000个颗粒进行自动识别,有效检测电镜图像中的遮挡颗粒,并且生成粒径分布、球形度和球化率统计结果。相比传统图像分割算法,颗粒识别准确度提升了23.6%。相比激光干涉仪的粒径分布测量结果,文中提出的方法可以将位于较大球形粉末上黏附的小颗粒也有效识别出来。     

烟火药燃烧火焰中粒子与气体流场的实验研究

基于粒子图像速谱仪(PIV)和高速摄影仪(HSC)研究了烟火药火焰的气体流场与正在燃烧粒子流场的两相流特性。首先利用PIV获取了烟火药燃烧的火焰气体流场;同时利用HSC,通过设定合理的曝光时间,实验全程过滤了气体火焰辐射和烟尘的影响,获取了烟火药燃烧火焰中正在燃烧的粒子,用图像处理方法确定了图像中各粒子的坐标,根据获取的连续图像,计算每个正在燃烧粒子的运动轨迹,得到正在燃烧粒子的速度矢量图,进而比较分析了正在燃烧粒子的流场与火焰气体流场;该研究为分析烟火燃烧机理中正在燃烧粒子的火焰结构提供了一种简便的方法。     

喷雾清洗中微颗粒受到流体作用力的研究

对喷雾清洗过程中微颗粒所受到的流体力进行了研究.由于液滴撞击在平面上产生的不稳定流,无法用现有的层流作用力公式来预测颗粒所受到的作用力,本文采用了计算流体力学模拟的方法对流场分布进行了模拟,并且计算颗粒上相应受到的作用力.通过计算结果,讨论了影响颗粒清除效果的关键因素.研究表明,在微米尺度内,平面的可湿性质对液滴展开的初始阶段流场分布有显著影响,从而也大大影响了平面上颗粒所受到的作用力.此外,撞击在干燥表面时,颗粒受到的拖拽力会比撞击到湿表面上时大三个数量级以上.而在湿表面上时,提高撞击速度会比增大液滴大小来得更有效,主导颗粒去除的力为拖拽力.     

喷雾清洗中微颗粒受到流体作用力的研究

对喷雾清洗过程中微颗粒所受到的流体力进行了研究.由于液滴撞击在平面上产生的不稳定流, 无法用现有的层流作用力公式来预测颗粒所受到的作用力,本文采用了计算流体力学模拟的方法对流场分布进行了模拟,并且汁算颗粒上相应受到的作用力.通过计算结果,讨论了影响颗粒清除效果的关键因素.研究表明,在微米尺度内,平面的可湿性质对液滴展开的初始阶段流场分布有显著影响,从而也大大影响了平面上颗粒所受到的作用力.此外,撞击在下燥表面时,颗粒受到的拖拽力会比撞击到湿表面上时大三个数量级以上.而在湿表面上时,提高撞击速度会比增大液滴大小来得更有效,主导颗粒去除的力为拖拽力.     

基于光学相干层析散斑的流速测量方法

发展了一种基于光学相干层析(OCT)散斑的流速测量方法。与传统激光散斑信号相似,样品中某一点处OCT信号随时间的波动与该处散射颗粒的平均速度有一定的依赖关系。通过对OCT信号的滤波和解调,得到OCT散斑波动信号,再对该信号进行傅里叶变换,得到散斑信号的频谱分布,然后依据频谱分布中高低频分量比值(HLR)与流速间的定量关系,就能确定样品中的流速分布。基于OCT散斑强度信号而非相位信息的流速测量方法,实验研究了HLR与流速间的关系,并给出了毛细玻璃管模型的流速分布图像。     

SAR/GMTI方法的改进与动目标在雷达图像上的再定位处理

SAR雷达是一种高分辨成像雷达,GMTI是SAR的一种工作模式,主要用于地面动目标搜索及跟踪,而雷达图像则可为检测出的动目标提供地理定位参考。传统的GMTI方法对动目标速度估值不够准确,作者改进了原来的方法,提高了动目标速度估值准确性,更便于后续的航迹相关处理。当动目标轨迹得到后,其在雷达图像上因为多普勒效应产生了移位,本文介绍了通过频谱搬移将动目标在雷达图像上重新定位的方法,得到了真实的动目标轨迹。文章最后利用雷达实测数据进行处理,得到了较满意的结果。