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基于体标定追迹法的光场PIV权系数计算方法

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光学学报 2021年第20期41卷 25-35页

作者：吴治安朱效宇李健张彪许传龙东南大学能源与环境学院火电机组振动国家工程研究中心江苏南京210096

针对光场粒子图像测速(piv)技术中介质折射率变化及镜头畸变等因素而导致权系数计算误差较大的问题,提出一种基于体标定追迹技术的光场PIV权系数计算方法。该方法首先通过体标定方法建立空间物点与微透镜之间的映射关系,然后利用光线追... 详细信息

针对光场粒子图像测速(piv)技术中介质折射率变化及镜头畸变等因素而导致权系数计算误差较大的问题,提出一种基于体标定追迹技术的光场PIV权系数计算方法。该方法首先通过体标定方法建立空间物点与微透镜之间的映射关系,然后利用光线追迹技术计算控制体内的离散体素对像素的权系数,最后将该方法计算的权系数与直接追迹法计算的结果进行比较,并对标定板特征点的空间位置进行重建实验研究。实验结果表明,体标定追迹法计算出的权系数与直接追迹法的计算结果高度吻合;重建获得的标定板特征点在横向和深度方向上的位置误差分别小于0.002 mm和0.250 mm。

关键词：图像处理体重建光场PIV 体标定权系数

光场单相机piv在湍流边界层及合成射流中的应用

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光场单相机PIV在湍流边界层及合成射流中的应用

基于预识别技术及SART算法的单光场相机三维流场重建

中国力学大会（CCTAM2019）

作者：赵洲丁俊飞施圣贤上海交通大学机械与动力工程学院

光场单相机三维粒子图像测速技术(Single-camera Light-Field Particle Image Velocimetry,LF-piv)是一种新型的体三维粒子图像测速技术,其能够利用单个相机获取三维速度场。LF-piv具有硬件设备紧凑简便及光学窗口要求宽松的优势,近年... 详细信息

光场单相机三维粒子图像测速技术(Single-camera Light-Field Particle Image Velocimetry,LF-piv)是一种新型的体三维粒子图像测速技术,其能够利用单个相机获取三维速度场。LF-piv具有硬件设备紧凑简便及光学窗口要求宽松的优势,近年来被应用在许多复杂三维流动测量中。本文主要分为两部分:基于DRT-MART重构技术的LF-piv对逆压湍流边界层进行首次测量,该实验在澳大利亚莫纳什大学(MonashUniversity)航空航天与燃烧湍流研究实验室(Laboratory for Turbulence Research in Aerospace and Combustion,LTRAC)水洞中完成;基于体校准算法改进的DRT-MART重构算法的LF-piv对合成射流的首次测量,该实验在英国南安普顿大学(University of Southampton)流体力学实验室(Experimental Fluid Mechanics Research Laboratory)完成。实验证明LF-piv能够进行基本的湍流边界层测量,也能够较好解析合成射流的三维流动特性。

关键词：光场PIV 湍流边界层合成射流三维piv

来源： cnki会议评论

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工程热物理学报 2020年第6期41卷 1445-1451页

作者：朱效宇张彪李健许传龙能源热转换及其过程测控教育部重点实验室(东南大学) 南京210096

提出了一种基于预识别及联合代数重建技术(SART)的单光场相机三维流场重建方法。首先结合光场图像,采用光线追迹的预识别技术预先筛选出控制体中包含示踪粒子的离散体素,实现对权矩阵结构的优化,然后利用插值法准确计算出测量体体素与... 详细信息

提出了一种基于预识别及联合代数重建技术(SART)的单光场相机三维流场重建方法。首先结合光场图像,采用光线追迹的预识别技术预先筛选出控制体中包含示踪粒子的离散体素,实现对权矩阵结构的优化,然后利用插值法准确计算出测量体体素与图像像素之间的权函数。最终采用SART实现对示踪粒子三维空间位置的重构。单颗粒的重建结果表明:重建颗粒的中心位置准确,且其沿深度方向的拉伸程度较经典算法(MART)的结果明显减弱。此外,该算法在提高了重建效率的同时也降低了对权矩阵存储空间的需求。

关键词：光场PIV 层析重建权矩阵预识别 SART

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光场单相机三维流场测试技术

实验流体力学 2016年第6期30卷 50-58页

作者：丁俊飞许晟明施圣贤上海交通大学机械与动力工程学院燃气轮机研究院上海200240

将光场三维成像技术与实验流体力学相结合,实现单相机对空间三维瞬态流场(3D3C)的精确测量,为流体力学实验研究提供了一种全新的测试技术。详细介绍了具有自主知识产权的光场相机硬件系统、基于乘积代数重建技术(MART)的粒子光场图像重... 详细信息

将光场三维成像技术与实验流体力学相结合,实现单相机对空间三维瞬态流场(3D3C)的精确测量,为流体力学实验研究提供了一种全新的测试技术。详细介绍了具有自主知识产权的光场相机硬件系统、基于乘积代数重建技术(MART)的粒子光场图像重构算法以及基于光线追迹的数字光场图像合成算法。利用DNS数字合成图像以及低速射流实验图像,将所发展的光场单相机三维流场测试技术(Light Field Particle Image Velocimetry,LFpiv)与目前最成熟的三维流场测试技术层析piv(Tomographic Particle Image Velocimetry,Tomo-piv)进行对比研究分析。实验结果表明LF-piv技术完全能达到与Tomo-piv同等量级的测量精度。

关键词：光场PIV 光场相机单相机三维piv 层析piv

光场粒子图像测速技术在超音速射流中的实验研究和验证

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光场粒子图像测速技术在超音速射流中的实验研究和验证

作者： Sikander Sheikh 上海交通大学

学位级别：硕士

光场粒子图像测速(light-field particle image velocimetry,LFpiv)是一种新兴且有发展潜力的单相机三维流场测量技术。现存的其他三维粒子图像测速技术有以下几个局限性:(1)实验设备复杂,(2)设备占用空间大,(3)处理时间长和(4)基于多... 详细信息

光场粒子图像测速(light-field particle image velocimetry,LFpiv)是一种新兴且有发展潜力的单相机三维流场测量技术。现存的其他三维粒子图像测速技术有以下几个局限性:(1)实验设备复杂,(2)设备占用空间大,(3)处理时间长和(4)基于多相机系统。本文提出利用LFpiv来规避上述局限性。文中介绍了使用LFpiv来精确获取超声速射流三维速度场的实验,借以初次验证LFpiv在高速可压缩流体中的可行性。在此之前,LFpiv仅被应用在低速射流和涡流中。为了验证整个系统的功效,采取了以下的验证手段:(1)定性验证,即对比纹影结果中超声速射流的激波结构和马赫环以及(2)定量验证,即对比二维piv中超声速射流的剖面速度分布图和马赫数分布,两者结果的误差约为1%。在本文涉及的研究中,超音速喷嘴是基于双半径法和特征线法来设计的。为了验证喷嘴出口处均匀激波的存在,画出了喷嘴的二维计算模型并在此基础上通过ANSYS来模拟。同时还在低、中、高的精细度条件下进行了网格无关性测试。在本文的实验中,使用了总计三套设备来做定性和定量的分析:(1)纹影实验,(2)二维piv(粒子为直径1μm的氧化铝颗粒)和(3)LFpiv实验(粒子为直径0.5μm的氧化铝颗粒)。基于镜面纹影的实验研究使用了水平和竖直两组刀片,其结果表明所设计喷嘴外的流动具有过膨胀、完美膨胀和欠膨胀的特性。结果也可用来提取激波几何结构,以便在之后的实验中对比定性验证LFpiv的测量。利用二维piv对该超音速射流做实验研究,从150个拍摄处理得到的瞬态速度场中得出平均速度在y方向上和x方向上的值。其中,计算获得的y方向上平均马赫数为0.9-1.2,整个射流(含外部边界区域)的速度范围约为280m/s至384m/s。最后,利用新兴且具有创新性的LFpiv初测测量超音速射流,其结果马赫数约为0.9-1.2,整个射流(含外部边界区域)的速度范围为231m/s至385m/s。此结果通过与二维piv结果的对比得到了验证。此外,还在概率分布函数和累计概率分布函数上开展了速度差异分析。二维piv与LFpiv的速度绝对值差异大约为1%,马赫数分布差异大约为1.2%,表明了两者的结果具有相似性、可比性。本文的创新点在于:(1)首次验证了LFpiv在超声速可压缩流体中的应用,(2)设计了超声速喷嘴,并基于此开展纹影、二维piv和三维piv实验,(3)在受限光学窗口系统中使用LFpiv,即用单相机实现超音速射流三维速度场测量,(4)通过紧凑的单相机系统获得了与其他多相机三维piv技术可比的结果,(5)定量定性地比较分析了二维piv和LFpiv所获的结果。

关键词：光场成像三维粒子图像测速技术超音速射流纹影二维piv 光场PIV