基于正向投影面积法的层析粒子图像测速权重系数计算方法

作     者：封明军 周骛 黄浩钦 张大鹏 高丽敏 蔡小舒 Feng Mingjun;Zhou Wu;Huang Haoqin;Zhang Dapeng;Gao Limin;Cai Xiaoshu

作者机构：上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 翼型叶栅空气动力学国家级重点实验室陕西西安710129 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093 

出 版 物：《光学学报》 (Acta Optica Sinica)

年 卷 期：2023年第43卷第11期

页      面：17-30页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家科技重大专项(2017-V-0016-0069) 翼型、叶栅空气动力学重点实验室基金(614220121050327) 

主　　题：图像处理 层析粒子图像测速 三维重建 权重系数计算 正向投影面积法 

摘      要：三维重建是层析粒子图像测速(PIV)中重要的一步,重建过程中的权重系数计算通常较为繁琐。基于此,提出一种层析PIV快速权重计算方法——正向投影面积(FPA)法,即将离散体素投影在相应像元上的面积作为权重系数计算的方法。首先,基于针孔相机模型构建三维空间内粒子多视角投影成像仿真程序,生成仿真图片用于方法分析与验证;其次,将FPA方法结合目前主流重建算法开展三维重建精度和耗时分析。结果表明,当用于本研究所述测量区域重建时,相比于传统后向方法与亚网格法权重系数计算方法,FPA法的权重矩阵元素个数分别降低了大约3个和1个数量级,计算时间分别减少了97%与85%,相应地降低了计算机的内存占用,且FPA法与传统后向方法所计算的权重矩阵的平均相似度高于0.9974。在常用实验粒子数分数(pppp=0.05)下,该方法结合目前主流重建算法的重建精度可达0.8以上。同时基于仿真图片分析了相机最佳采集角度以及实验相机噪声对重建结果的影响,结果表明,在实验噪声条件下重建结果仍然满足三维流场重建的要求。