激光粒子图像测速技术的灰度判别查询方法

激光粒子图像测速技术(LPIV)是近年发展起来的一种流速测量新技术。本文提出一种新的PⅣ粒子图像运动方向查询方法——灰度判别法,通过联合灰度统计频数的计算来获得LPⅣ粒子图像的速度大小及方向。开发了一套PIV查询系统,实际应用证明该系统是成功的。     

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。     

基于视觉的空间粒子弱刚性运动约束

在对流场进行的激光测量中,针对运动粒子在具有一定体积的流场中透视成像后易出现的运动重叠问题,研究了粒子图像测速(PIV,particle image velocimetry)技术中近邻粒子的弱刚性运动,提出了应用于PIV系统中的空间粒子运动测量的约束条件(MPMC,movable particle measurement constraint),并给出其数学表达式.该约束条件基于PIV的近邻性准则并以邻近的粒子团作为匹配对象,利用视平面内相同运动的特征直线具有公共点的性质对前后两帧图像中的粒子进行运动检测.最后,通过仿真实验证明该方法的有效性.     

基于视觉的空间粒子弱刚性运动约束

在对流场进行的激光测量中,针对运动粒子在具有一定体积的流场中透视成像后易出现的运动重叠问题,研究了粒子图像测速（PIV,particle image velodmetry）技术中近邻粒子的弱刚性运动,提出了应用于PIV系统中的空间粒子运动测量的约束条件（MPMC,movable particle measurement constraint）,并给出其数学表达式。该约束条件基于PIV的近邻性准则并以邻近的粒子团作为匹配对象,利用视平面内相同运动的特征直线具有公共点的性质对前后两帧图像中的粒子进行运动检测。最后,通过仿真实验证明该方法的有效性。     

激光近前向散射粒子图像测速技术(PIV)及其在射流研究中的应用

提出了一种利用粒子近前向散射光的PIV技术,可对两维流场的瞬态流速分布进行测量,且散射光强可大为提高和测量结果不受成像系统景深的限制。对两种PIV技术进行了实验比较。     

PIV测速中低功率激光器的应用

在PIV测速技术中，光源是最关键的技术，它决定着能否获得品质流场粒子图像，以得到准确的流场速数据，而采用大功率激光光源，不仅昂贵，而且使用不方便，本文采用像增强技术，实现了50mW低功率激光照明条件下的PIV测速；采用声光调制技术，研制出可调数据同步脉冲控制器取得与在高功率脉冲光源照明条件下同样的像质效果。并在实际涡旋流场测试中得到应用，取得较好结果。     

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。     

多波长数字粒子图像测速技术研究

数字粒子图像测速(DPIV)研究中,应用最为广泛的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的方法是跨帧技术,这一技术的发展会受到高速相机技术的限制。本文提出了一种新的缩短两幅粒子图像之间时间间隔的多波长激光脉冲照明与多光谱成像技术,利用多个不同波长的脉冲激光照明流场中的同一区域,由多波长成像系统采集不同波长照明下的流场中的粒子图像,不同波长的粒子图像之间的时间间隔只与光脉冲之间的时间间隔有关,不再受相机帧转移时间的限制。根据这一原理设计并搭建了一套双光谱数字粒子图像测速系统,将不同时刻粒子图像之间的时间间隔缩短至50ns。     

粒子图像测速中的可调数字脉冲同步器的设计

粒子图象测速PIV（Particle image velocimetry)技术是一种新型的流场测试技术,既能测得流场速度的大小,又可获得速度的方向。本文通过对PIV技术的物理模型的讨论和根据高流速流场的测量的需要,提出并设计了实时可调数字脉冲同步器,实现跨场技术,并应用到实际流场的流速测量中,取得了较好的效果。     

2DPIV技术在激光辐照液体贮箱中的应用

实验研究激光对液体贮箱的辐照效应时,需测量贮箱内液体的流动状态.当壳体温度不超过液体的饱和温度时,贮箱内液体为自然对流形态.利用粒子图像测速(PIV)技术,搭建了二维数字PIV系统,实现了液体平面内的速度场测量.采用粒径1～5 μm、密度1.05 g/cm3的空心玻璃微珠微粒做为示踪粒子;利用532 nm连续波激光器和三个平凸柱透镜构建了片光系统;采用装有微透镜阵列的CCD相机记录粒子图像;利用互相关算法处理粒子图像计算速度场.将此技术应用于激光辐照液体贮箱实验之中,实验结果与数值计算结果相符较好.