[發明專利]一種用于流場測試的PIV測試系統精度判斷方法及裝置

有效

• 申請號: 202110698885.7
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113421284B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 何旭;桑正;劉澤昌;徐雨軒
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G01P5/20
• 代理公司: 北京科領智誠知識產權代理事務所(普通合伙) 11782
• 代理人: 陳士騫;王海霞

本發明實施例公開一種用于流場測試的PIV測試系統精度判斷方法及裝置?；谡{試好的PIV測試系統，獲取流場圖像，通過對流場圖像進行處理，判斷該PIV系統的測試精度是否符合測試要求。如果系統精度判斷為合格，說明整個PIV裝置調試成功，各項參數指標均滿足實驗標準，可以開展實驗。如果判斷精度為不合格，則需要繼續對PIV測試系統進行調試，直至滿足測試要求。該方法只對流場圖像進行處理，操作簡單易行，特別適合實驗人員在儀器調試過程中，判斷系統是否已經符合實驗要求，進而提高實驗的準確性，避免錯誤或無效的實驗。

技術領域

本發明涉及設備調試技術領域，具體而言，涉及一種用于流場測試的PIV測試系統精度判斷方法及裝置。

背景技術

PIV(Particle Image Velocimetry，粒子圖像測速)因為其瞬態、全場、無接觸的特點，近年來已被廣泛用于各式流場研究之中。例如，隨著航天技術的不斷發展，越來越多的國家進入太空領域并擁有自己的空間實驗站。與地面相比，外太空的微重力環境有利于開展各種實驗，但在外太空進行的實驗，其儀器更精密、操作更嚴謹、流程更復雜且不允許長時間多次重復同一實驗，因此，對實驗者的專業程度要求更高。針對PIV這門技術，操作人員在每一次實驗前都需要對儀器裝置進行調試，如示蹤粒子的直徑、播撒密度、脈沖激光的能量、照射區域、高速相機的光圈、快門、分辨率和同步觸發等。普通的實驗人員(如在外太空開展實驗的航天員)往往只知道如何使用儀器，缺乏相關實驗經驗與專業知識，因此難以準確判斷實驗裝置是否完全調試成功，導致實驗結果的可靠性較差，有可能會帶來錯誤和無效的數據。

在PIV技術中，可以利用均勻散布在流場中的示蹤粒子來表示實際流場，通過高速相機在極短的時間內拍攝兩幅示蹤粒子的運動圖像，對圖像進行處理后，利用互相關算法計算出粒子的實際位移，在兩幅圖像拍攝的時間間隔，即激光脈沖時間已知的情況下，即可求得流場速度。其中在激光的照射下，高速相機拍攝的粒子圖像質量對實驗結果起著決定性作用，反映了PIV系統的調試完善程度，因此需要對整套儀器設備進行精度判斷，確保在最優的參數設置條件下得到高質量的粒子圖像。

現有的精度判斷方法主要使用勻速馬達轉動的圓盤來提供基準速度場，圓盤上各點的速度可由轉速與轉動半徑計算得到。利用PIV技術拍攝圓盤上的粒子，例如可以為圓盤上的球形淺坑或者貼附在圓盤上磨砂紙的顆粒，得到各點的計算速度，然后再將計算速度與圓盤實際轉速做比較，通過誤差分析來判斷實驗裝置的精度程度。然而，上述方法只是用來校驗實驗裝置的精度，因此在檢測完成后正式開展PIV測量之前還需要對裝置進行拆裝，不僅耗費大量時間，而且會破壞原有儀器布置，容易產生新的誤差。因此，為了提高實驗的準確性，亟需一種測試系統精度判斷方法。

發明內容

本發明提供了一種用于流場測試的PIV測試系統精度判斷方法及裝置，以提高實驗的準確性。具體的技術方案如下。

第一方面，本發明實施例提供一種用于流場測試的PIV測試系統精度判斷方法，所述方法包括：

獲取相機拍攝的包含示蹤粒子的流場圖像；并對所述流場圖像進行灰度化處理，得到處理后圖像；

在所述處理后圖像中獲取N幅子圖像；所述子圖像的大小為預設大??；各所述子圖像均不包含重合區域；

針對每幅子圖像，分別對該子圖像給與五種基準流場運動，得到五幅運動后圖像；所述五種基準流場運動包括：水平平移運動、第一角度斜直線平移運動、第二角度斜直線平移運動、豎直平移運動、以及軸心為該子圖像中心的旋轉運動；

針對每幅子圖像，分別對該子圖像對應的各運動后圖像與該子圖像進行互相關分析，得到五幅速度矢量圖；并分別根據所述五幅速度矢量圖得到對應的五個預測流場運動；

針對每幅子圖像，將所述五個預測流場運動分別與對應的五種基準流場運動進行對比，從對比結果中選取粒子識別率最大值；