[發(fā)明專利]一種測(cè)量流場(chǎng)速度的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710040309.3
• 申請(qǐng)日: 2007-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101295023A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳志軍;黃成杰;田志松;李治龍;李理光
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01T5/00
• 分類(lèi)號(hào): G01T5/00;G01T5/02;G01C11/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

1.一種測(cè)量流場(chǎng)速度的方法，其特征在于：使用配備雙相機(jī)的粒子圖像速度場(chǎng)儀成像系統(tǒng)拍攝流場(chǎng)粒子圖像，并利用粒子圖像互相關(guān)技術(shù)來(lái)測(cè)量流場(chǎng)速度，具體是：利用配備雙相機(jī)的粒子圖像速度場(chǎng)儀成像系統(tǒng)先后發(fā)射兩束相同光強(qiáng)相同脈寬的激光片光脈沖照明流場(chǎng)，處于不同拍攝角度的兩相機(jī)對(duì)應(yīng)激光片光脈沖先后曝光，獲得流場(chǎng)的兩幅粒子圖像，經(jīng)數(shù)字圖像處理技術(shù)預(yù)處理后，校正不同角度下拍攝的粒子圖像至相同角度，對(duì)粒子圖像按一定大小劃分查詢區(qū)域，以查詢區(qū)域?yàn)閱挝粚?duì)兩粒子圖像做互相關(guān)運(yùn)算，獲得單個(gè)查詢區(qū)域的一組互相關(guān)峰值信息，對(duì)幾何校正處理后兩粒子圖像上各粒子像點(diǎn)以相同大小和相同灰度粒子像點(diǎn)替代，同樣劃分查詢區(qū)域，進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算得到對(duì)應(yīng)上述查詢區(qū)域的另一組互相關(guān)峰值信息，疊加比較兩組峰值信息得到一個(gè)最佳峰值，峰值位置即為該查詢區(qū)域的相對(duì)位移量，相機(jī)放大倍率和兩次曝光時(shí)間間隔已定，速度矢量即可求得，計(jì)算所有查詢區(qū)域從而獲得整個(gè)流場(chǎng)的速度信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量流場(chǎng)速度的方法，其特征在于：該方法包括：

(1)根據(jù)待測(cè)流場(chǎng)的流速快慢、流場(chǎng)內(nèi)粒子的大小和密集程度以及測(cè)量分辨率具體情況，設(shè)定用于照明流場(chǎng)的兩束激光片光脈沖的寬度即兩相機(jī)曝光時(shí)間t、兩相機(jī)快門(mén)開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間T、兩束激光片光脈沖間隔時(shí)間Δt、激光光路與兩個(gè)相機(jī)光軸的夾角即拍攝角度θ₁和θ₂，以及決定激光片光脈沖光強(qiáng)I的激光器輸出功率P；

(2)使用配備雙相機(jī)的粒子圖像速度場(chǎng)儀成像系統(tǒng)先后發(fā)射兩束具有相同光強(qiáng)相同脈寬的激光片光脈沖照明流場(chǎng)，主相機(jī)伴隨第一次激光片光脈沖進(jìn)行一次曝光獲得主粒子圖像，輔助相機(jī)伴隨第二次激光片光脈沖進(jìn)行一次曝光獲得輔助粒子圖像，輸入計(jì)算機(jī)；

(3)針對(duì)不同流場(chǎng)特性和測(cè)量要求，采用圖像幾何校正、平滑和去噪、二值化、元素分割以及膨脹和腐蝕數(shù)字圖像處理方法中的一種或多種方法對(duì)粒子圖像作預(yù)處理，改善圖像質(zhì)量；

(4)由于兩個(gè)相機(jī)拍攝角度不同，因此拍攝區(qū)域和圖像放大倍率也不相同，需要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的幾何變換運(yùn)算將輔助粒子圖像變換成與主粒子圖像的拍攝區(qū)域和放大倍率相同的圖像；

(5)根據(jù)流場(chǎng)粒子密集程度以及測(cè)量分辨率的要求調(diào)整并設(shè)定查詢區(qū)域劃分的大小，對(duì)主粒子圖像和輔助粒子圖像分別劃分查詢區(qū)域；

(6)將主粒子圖像中的單個(gè)查詢區(qū)域與輔助粒子圖像作兩次二維快速傅立葉變換FFT，變換結(jié)果即為該查詢區(qū)域?qū)?yīng)的一組互相關(guān)峰值信息；

(7)對(duì)幾何校正后兩粒子圖像作邊緣檢測(cè)，區(qū)分出粒子圖像上各粒子像點(diǎn)并計(jì)算相應(yīng)位置，以相同大小和相同灰度粒子像點(diǎn)替代，以與(6)中所述相同的大小劃分查詢區(qū)域，將替換后主粒子圖像上與(6)中所述相對(duì)應(yīng)的查詢區(qū)域與替換后輔助粒子圖像作兩次二維快速傅立葉變換，得到查詢區(qū)域?qū)?yīng)的另一組互相關(guān)峰值信息；

(8)將(6)和(7)中獲得的兩組互相關(guān)峰值作疊加比較，根據(jù)峰值具體信息選擇最高或者次高峰值作為最佳峰值；

(9)由最佳峰值位置得到查詢區(qū)域相對(duì)像素位移，根據(jù)相機(jī)放大倍率計(jì)算查詢區(qū)域?qū)嶋H位移量，結(jié)合激光片光脈沖間隔時(shí)間Δt，根據(jù)二維速度計(jì)算公式得到查詢區(qū)域速度大小，其中，v為查詢區(qū)域平均速度，m為方向的位移量，n為方向的位移量，速度方向由主粒子圖像和輔助粒子圖像的先后曝光順序確定；

(10)計(jì)算主粒子圖像上各查詢區(qū)域速度矢量，得到整個(gè)流場(chǎng)的速度信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量流場(chǎng)速度的方法，其特征在于：還包括：將獲得的整個(gè)流場(chǎng)速度信息以圖像形式顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，或由打印機(jī)打印輸出。